本文關(guān)鍵詞：多通道碳化硅多孔陶瓷非對(duì)稱濾膜的制備和性能研究

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【摘要】：膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于能源、環(huán)境保護(hù)、石油化工、食品等領(lǐng)域,而以具有高強(qiáng)度、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、易再生和分離效率高等優(yōu)點(diǎn)的多孔陶瓷濾膜最為顯著,其作為高效率錯(cuò)流過(guò)濾器的核心部件,在高溫、耐蝕等苛刻環(huán)境下具有廣闊的應(yīng)用前景。進(jìn)行陶瓷膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化是決定其應(yīng)用的前提,關(guān)鍵是如何在高滲透通量和分離精度間獲得良好的平衡。目前采用非對(duì)稱的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種有效的解決方法,非對(duì)稱膜由支撐體、過(guò)渡層和微孔膜構(gòu)成,高氣孔率、大孔徑的支撐體具有低的流體介質(zhì)阻力,可滿足高滲透性,并給予膜層高的機(jī)械支撐性;細(xì)顆粒構(gòu)成的表面膜層孔徑小、厚度小,具有較好的分離精度;支撐體和膜層的顆粒尺寸差異大,需采用過(guò)渡層結(jié)構(gòu)加以調(diào)控。本文研究了多孔碳化硅陶瓷支撐體和膜層的制備方法、微觀結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、滲透性能、機(jī)械強(qiáng)度等,為多孔碳化硅陶瓷濾膜的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)支持。首先研究了模壓成型、低溫?zé)Y(jié)制備圓餅狀多孔碳化硅陶瓷支撐體的方法,并以之為基礎(chǔ)制備多通道的多孔碳化硅陶瓷支撐體。選用34μm的碳化硅顆粒,添加12%的低溫?zé)Y(jié)助劑和1.5%糊精溶液混合后,采用模壓成型方法,調(diào)節(jié)成型壓力和燒結(jié)溫度等制備多孔碳化硅陶瓷。在850℃、870℃、900℃和950℃燒結(jié)制備多孔碳化硅陶瓷時(shí),隨著燒結(jié)溫度的升高,氣體滲透率由322.66 m3/m2·h·kPa增加到361.82 m3/m2·h·kPa,之后又降低至308.24 m3/m2·h·kPa,開(kāi)口氣孔率對(duì)氣體滲透率的影響更顯著。終端過(guò)濾結(jié)果表明隨多孔碳化硅陶瓷濾片厚度由2.3 mm增加到7.5 mm過(guò)程中水的滲透通量呈線性下降;在厚度一定時(shí),隨著開(kāi)氣孔率的增加,水的滲透通量迅速提高;在50 MPa成型、870℃燒結(jié)時(shí),制備出開(kāi)氣孔率38.4%,抗壓強(qiáng)度83.2 MPa,氣體滲透率為361.82m3/m2·h·kPa的多孔碳化硅陶瓷支撐體。其次,采用機(jī)械攪拌與水浴加熱相結(jié)合的方式,加入分散劑、消泡劑等,配制穩(wěn)定懸浮的碳化硅陶瓷漿料。羧甲基纖維素鈉(CMC)溶液的粘度和CMC濃度呈指數(shù)形式增加,溶液靜置至60 h過(guò)程中,粘度升高,隨后不斷降低;加入不同粒徑碳化硅后,流體的粘度與固含量呈指數(shù)關(guān)系;固含量相同時(shí),CMC含量越高,漿料懸浮穩(wěn)定性越好;CMC相同時(shí),隨著固含量的增加,其懸浮穩(wěn)定性提高。沉降實(shí)驗(yàn)表明0.5%CMC、55%固含量的預(yù)制漿料,靜置2 h內(nèi)懸浮穩(wěn)定性為100%,5 h時(shí)懸浮穩(wěn)定性為98%。最后,在最大孔徑為65μm的Φ60 mm多孔碳化硅管外表面通過(guò)浸漬-提拉法制備濾膜。隨著漿料粘度和固含量提高,提拉制備碳化硅膜層厚度增加;而提拉速率由1mm/min增加到1000 mm/min的過(guò)程中,碳化硅膜層的厚度降低。當(dāng)膜層厚度由176μm增加到804μm的過(guò)程中,氣體滲透率由302 m3/m2·h·kPa減小至235 m3/m2·h·kPa,厚度和氣體滲透率呈線性關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：碳化硅 陶瓷膜 浸漬提拉法 膜層控制 滲透率
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題背景及選題意義10-11
• 1.2 無(wú)機(jī)膜概述11-16
• 1.2.1 無(wú)機(jī)膜的發(fā)展歷程12-13
• 1.2.2 無(wú)機(jī)膜的應(yīng)用13
• 1.2.3 無(wú)機(jī)膜的分類13-15
• 1.2.4 無(wú)機(jī)膜的制備方法15-16
• 1.3 過(guò)濾分離的方式和機(jī)理16-19
• 1.3.1 過(guò)濾分類17-18
• 1.3.2 過(guò)濾機(jī)理18-19
• 1.3.3 反吹清灰原理19
• 1.4 本課題研究目的及研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.4.1 研究目的19-20
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 多孔碳化硅陶瓷支撐體的制備與性能研究21-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)儀器21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器21-22
• 2.2 制備及表征22-29
• 2.2.1 制備22-24
• 2.2.2 檢測(cè)與表征24-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-38
• 2.3.1 燒結(jié)溫度對(duì)多孔碳化硅陶瓷開(kāi)口氣孔率、體積密度的影響29-30
• 2.3.2 成型壓力對(duì)多孔碳化硅陶瓷開(kāi)口氣孔率、體積密度的影響30-31
• 2.3.3 抗壓強(qiáng)度31-34
• 2.3.4 氣體滲透率和最大孔徑34-35
• 2.3.5 多孔碳化硅陶瓷厚度對(duì)水滲透通量的影響35-37
• 2.3.6 水滲透性能測(cè)試試樣的形貌37
• 2.3.7 多通道碳化硅陶瓷支撐體及其微觀形貌37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第3章 碳化硅漿料的配制與性能研究40-49
• 3.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)儀器40-41
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料40
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器40-41
• 3.2 制備及表征41-43
• 3.2.1 理論依據(jù)41-42
• 3.2.2 穩(wěn)定懸浮漿料的制備42-43
• 3.2.3 表征43
• 3.3 結(jié)果與討論43-48
• 3.3.1 粘度值43-46
• 3.3.2 漿料的懸浮穩(wěn)定性46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 碳化硅陶瓷膜氣體滲透性能研究49-61
• 4.1 實(shí)驗(yàn)儀器49-50
• 4.2 制備及表征50-51
• 4.2.1 制備50
• 4.2.2 表征50-51
• 4.3 結(jié)果與討論51-57
• 4.3.1 漿料粘度對(duì)碳化硅膜層厚度的影響51-53
• 4.3.2 漿料中固含量對(duì)膜層厚度的影響53-54
• 4.3.3 基體提拉速度對(duì)碳化硅膜層厚度的影響54-55
• 4.3.4 碳化硅膜層厚度對(duì)其氣體滲透率的影響55-56
• 4.3.5 碳化硅膜層的物相分析和微觀形貌56-57
• 4.4 浸漬提拉涂膜機(jī)理探索57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 攻讀學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果67-68
• 致謝68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：918256