【摘要】：隨著世界人口的不斷增加以及工業(yè)的高速發(fā)展,每個國家對淡水的資源的有著極大地需求。地球表面有超過70%的面積由水來組成,可是人們可以利用的淡水資源只占到不到0.3%,而且這稀少的淡水資源分布也是十分的不均衡。由于工業(yè)的發(fā)展和生活中的污染導致氣候逐漸惡化,本來就稀少的淡水資源變得更加匱乏。為了解決淡水資源匱乏的問題,我們從兩個方面進行,分別是開源和節(jié)流:開源是從海水中獲取淡水資源,即是海水淡化;節(jié)流是對排放的污水進行凈化處理,使得污水再利用。海水淡化作為解決淡水資源短缺問題的技術(shù),在16世紀被提出,到了上世紀50年代得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。在淡水資源十分匱乏的中東地區(qū),海水淡化技術(shù)得到了發(fā)展和應用,在這里有超過70%的淡水是由海水淡化獲取的。海水淡化常規(guī)的方法有兩類:熱法和膜法。其中,熱法主要有多級閃蒸和多級蒸發(fā)等;膜法主要有電滲析法和反滲透法。后來,有人提出了將膜法和熱法相結(jié)合的膜蒸餾方法,到了 20世紀80年代,人們開始對一些性能優(yōu)異的有機膜應用于膜蒸餾實驗的過程進行了探究。隨著石油冶煉、冶金、制藥等行業(yè)的快速發(fā)展,不僅消耗著大量的淡水資源,還會產(chǎn)生大量的含油廢水,污染了淡水水域。產(chǎn)生的污水中,油滴的粒徑較小且分散穩(wěn)定,比較難以分離。常用的一些油水分離方法(氣浮選法、超聲波法、重力分離法等)具有成本高和效率低的局限,近年來使用膜分離進行油水分離得到了廣泛的關(guān)注和研究。本論文探尋了具有低熱導(有利于膜蒸餾過程)的陶瓷材料γ-Y2Si207,通過流延成型和無壓燒結(jié)制備出γ-Y2Si2O7陶瓷平板膜,對陶瓷膜進行疏水性修飾后應用到膜蒸餾實驗中。通過硅粉直接氮化制備α-Si3N4納米線/γ-Y2Si207復合陶瓷膜,疏水修飾得到超疏水膜并進行膜蒸餾實驗。對γ-Y2Si207陶瓷平板膜進行Si02納米球修飾,并進行油水分離實驗。具體實驗內(nèi)容如下:第一章主要介紹了現(xiàn)今淡水資源的情況;海水淡化技術(shù)的種類與優(yōu)缺點;著重介紹了海水淡化技術(shù)中的膜蒸餾技術(shù)(發(fā)展、膜材料要求與分類等);含油廢水的危害和處理方法;多孔陶瓷膜的制備以及孔徑分布測試。第二章主要介紹了實驗中所使用的試劑;實驗中使用到的表征儀器與測試儀器,對儀器的使用做了簡單的介紹;對膜蒸餾裝置和油水分離裝置進行了簡單介紹。第三章主要介紹了 γ-Y2Si207陶瓷平板膜的制備。在低熱導的硅酸釔陶瓷材料中選取了綜合性能最優(yōu)的γ-Y2Si207材料。首先利用Si02和Y203粉體燒結(jié)得到純相γ-Y2Si207,然后通過沉降試驗選取合適的分散劑,調(diào)節(jié)得到最優(yōu)分散劑含量,制備得到均一穩(wěn)定的γ-Y2Si207陶瓷漿料。利用流延成型工藝使?jié){料成型,選取合適的升溫速率、反應溫度,燒結(jié)得到性能最優(yōu)(強度、平均孔徑以及孔隙率等)的γ-Y2Si207陶瓷平板膜。第四章對上一章得到的γ-Y2Si207陶瓷平板膜進行疏水修飾以及膜蒸餾實驗。對陶瓷膜表面進行氯硅烷氨解熱解反應,在膜的表面生長一層無機納米SiCNO結(jié)構(gòu),使得陶瓷膜具有疏水性。對改性的γ-Y2Si207陶瓷平板膜進行吹掃氣式膜蒸餾實驗和直接接觸式膜蒸餾實驗,得到了很高的通量(90℃時14.01 L m-2 h-1)以及非常高的截留率(超過99.9%),并且膜蒸餾總運行時間超過400小時。第五章主要介紹了 α-Si3N4納米線/γ-Y2Si2O7復合超疏水陶瓷膜的制備以及在膜蒸餾中的應用。在第三章中的γ-Y2Si207陶瓷漿料中添加硅粉和合適的催化劑,利用硅粉直接氮化反應制備α-Si3N4納米線/γ-Y2Si2O7復合陶瓷膜,通過氯硅烷氨解熱解對復合膜進行修飾,得到超疏水膜。對超疏水復合膜進行吹掃氣式膜蒸餾實驗,得到了很高的截留率(超過99.9%)以及長時性(運行時間超過500小時)。第六章對第三章制備的γ-Y2Si207陶瓷平板膜進行Si02納米球修飾,并進行油水分離實驗。利用Stober法制備SiO2納米球,通過熱處理對γ-Y2Si207陶瓷平板膜進行SiO2納米球修飾來降低陶瓷膜的孔徑。將改性的γ-Y2Si207陶瓷平板膜應用于油水分離實驗,得到了594 L m-2 h-1的高通量以及90.1%的高截留率。第七章總結(jié)了實驗內(nèi)容,對研究工作中的一些不足進行了討論,對未來的研究進行了展望。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.893
【圖文】：

極大地影響著我們的生存環(huán)境，比如，在農(nóng)業(yè)，牲畜以及超過了人類使用總量的８０％，這深深地影響著發(fā)展中國生活。由于過度開發(fā)以及氣候的變化，約旦河提供的可用到２０１７年逐年萎縮（３６００立方米／每年減少至１３５立方缺水標準［３］。由于人類的活動造成的污染也導致水資源為解決水資源短缺以為有效的方式。逡逑化技術(shù)簡介逡逑工藝作為一種有效解決水資源短缺的技術(shù)，在１６世紀斷探索，到２０世紀５０年代以后得到了大力的發(fā)展，美對海水淡化的過程進行了探索，隨之，由于開發(fā)石油而一些國家也開始發(fā)展海水淡化的工藝。在全球范圍內(nèi)，過１２０個國家地區(qū)，由海水淡化得來的水資源每年可以

圖１．２中國海水淡化工程規(guī)模逡逑

ｃ＝３邋ｊｐ＊４恭文？墢ｍ邋（萬４ｆ邋Ｓ邋）邐（＊ｉ）逡逑圖１．２中國海水淡化工程規(guī)模逡逑海水淡化的常規(guī)方法可以概括為熱法和膜法兩大類。熱法主要有多級閃蒸和逡逑多效蒸發(fā)等方法，而膜法有反滲透法和電滲析法等。逡逑１．

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;陶瓷膜[J];北方建筑;2018年05期

2 付長翼;黃孝華;胡紫;;陶瓷膜制備低成本化途徑的研究進展[J];陶瓷研究;2017年S3期

3 白杉;陶瓷膜——一種前景廣闊的新材料[J];中國非金屬礦工業(yè)導刊;2005年03期

4 白杉;陶瓷膜——一種前景廣闊的新材料[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2005年02期

5 白杉;陶瓷膜——一種前景廣闊的新材料[J];江蘇陶瓷;2005年01期

6 白杉;陶瓷膜:一種前景廣闊的新材料[J];廣東科技;2004年12期

7 庾晉,周潔;陶瓷膜技術(shù)及應用現(xiàn)狀[J];建材發(fā)展導向;2003年03期

8 王可鳴;;陶瓷膜的開發(fā)和運用[J];中國陶瓷;1991年05期

9 黃風;;提高金屬陶瓷膜粘合性的新工藝[J];國外金屬熱處理;1987年06期

10 黃漢生;;高功能陶瓷微孔分離膜[J];化工新型材料;1987年10期

相關(guān)會議論文 前10條

1 楊剛;邢衛(wèi)紅;徐南平;;陶瓷膜在醫(yī)藥工業(yè)中的應用[A];第五屆全國醫(yī)藥行業(yè)膜分離技術(shù)應用研討會論文集[C];2012年

2 SUI Hong;;陶瓷膜在多方面的應用[A];第六屆化學工程與生物技術(shù)展覽暨會議參展商新產(chǎn)品和服務報告[C];2004年

3 李衛(wèi)星;邢衛(wèi)紅;徐南平;時鈞;;面向中藥生地黃水提液體系的陶瓷膜設計與應用[A];第一屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

4 閆勇;;國外陶瓷膜技術(shù)的最新進展和應用[A];第二屆中國膜科學與技術(shù)報告會論文集[C];2005年

5 樊震坤;;環(huán)保水處理用陶瓷膜性能及應用研究[A];氧化鋁在陶瓷耐火應用創(chuàng)新技術(shù)論壇論文集[C];2017年

6 羅友華;李成付;楊輝;黃愷飛;黃亦琦;許光輝;;板藍根水提液的陶瓷膜精制工藝[A];海峽兩岸膜法水處理院士高峰論壇暨第六屆全國醫(yī)藥行業(yè)膜分離技術(shù)應用研討會論文集[C];2015年

7 徐南平;;陶瓷膜在水處理中的研究進展[A];第一屆海水淡化與水再利用西湖論壇論文集[C];2006年

8 孫淑萍;孟祥躍;孟雪;;EDTA對鋁錳陶瓷膜性能的影響[A];中國化學會第28屆學術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2012年

9 楊輝;羅友華;李成付;黃愷飛;黃亦琦;;復方咽舒寧水提液的陶瓷膜精制[A];第五屆全國醫(yī)藥行業(yè)膜分離技術(shù)應用研討會論文集[C];2012年

10 徐南平;李衛(wèi)星;邢衛(wèi)紅;;陶瓷膜工程設計:從工藝到微結(jié)構(gòu)[A];第二屆中國膜科學與技術(shù)報告會論文集[C];2005年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 通訊員 黃暉 記者 喬國軍;揚州產(chǎn)陶瓷膜助力若羌“種綠”[N];揚州日報;2019年

2 本報記者 張希;“久吾高科”填補陶瓷膜技術(shù)國內(nèi)空白[N];南京日報;2015年

3 本報記者 祝亦楠;國際陶瓷膜市場打出漂亮中國牌[N];江蘇科技報;2015年

4 本報記者 劉蒙丹;陶瓷膜訂單排到了明年上半年[N];南京日報;2010年

5 通訊員 朱虹　朱占偉;長慶石化陶瓷膜凝結(jié)水除油除鐵裝置通過鑒定[N];中國石油報;2009年

6 劉仁;自主創(chuàng)新使我國陶瓷膜技術(shù)后來居上[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2007年

7 特約記者 徐少亞;催生先進陶瓷膜產(chǎn)業(yè)[N];中國化工報;2006年

8 南京工業(yè)大學 邢衛(wèi)紅;陶瓷膜產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠[N];中國化工報;2002年

9 劉得利;SiO_2、TiO_2和ZrO_2基選擇層陶瓷膜[N];廣東建設報;2002年

10 本報記者　張顯峰;陶瓷膜技術(shù)：從一張白紙到兩個行業(yè)標準[N];科技日報;2006年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 楊明曄;硅酸釔基陶瓷膜的制備及膜分離的應用[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

2 李林;氮化硅基多孔陶瓷膜的制備及膜分離應用的研究[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

3 張振宇;基于納米壓痕儀的薄膜力學性能納米測試與表征研究[D];天津大學;2005年

4 張雪林;鈦合金等離子體電解氧化過程中陶瓷膜阻抗特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

5 謝奎;陶瓷膜能量轉(zhuǎn)換電池過程與相關(guān)材料研究[D];中國科學技術(shù)大學;2010年

6 呂東偉;陶瓷超濾膜分離乳化油過程中膜污染機制與抗污染改性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

7 何世雄;金屬鈹表面陶瓷膜制備技術(shù)研究[D];中國工程物理研究院;2017年

8 王俊偉;氮化硅基陶瓷膜的制備及膜蒸餾應用研究[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

9 張小珍;新型中空纖維陶瓷膜的制備科學研究與性能表征[D];中國科學技術(shù)大學;2010年

10 朱云慶;臭氧催化功能陶瓷分離膜的制備及其水處理性能[D];大連理工大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 袁軍輝;輔酶Q10提取新工藝的開發(fā)[D];浙江工業(yè)大學;2018年

2 王明明;弱電場作用下陶瓷膜MBR運行效果及膜污染控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

3 高婷婷;黃土基陶瓷膜支撐體的燒結(jié)制度探究[D];西安工程大學;2018年

4 唐升引;臭氧/過氧化氫對污水處理中陶瓷膜污染控制研究[D];清華大學;2017年

5 劉鎮(zhèn)洋;旺高污水廠平板陶瓷膜工藝控制和膜污染清洗技術(shù)研究[D];清華大學;2017年

6 楊勇法;氧化物平板陶瓷膜的制備及性能研究[D];湖南大學;2017年

7 俞科成;平板陶瓷膜處理鐵路車輛段含油廢水的方法研究[D];西南交通大學;2018年

8 劉亞會;板式陶瓷膜的制備及其分離性能研究[D];陜西科技大學;2012年

9 韓敏;陶瓷膜管與金屬材料連接的研究[D];貴州大學;2008年

10 朱慶鵬;多孔氧化鋁陶瓷膜支撐體的制備及其性能表征[D];西安工程大學;2011年

本文編號：2743189