本文關(guān)鍵詞：低成本中空纖維陶瓷膜的制備耦合有害金屬的固定化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華南理工大學(xué)》 2015年

低成本中空纖維陶瓷膜的制備耦合有害金屬的固定化

李嶺領(lǐng)  

【摘要】：近年來(lái),多孔陶瓷膜以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)吸引越來(lái)越多的關(guān)注,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到油污廢水處理、海水淡化、飲用水凈化、過(guò)濾細(xì)菌、氣體分離和催化反應(yīng)器等分離純化領(lǐng)域。為了進(jìn)一步增加陶瓷膜的使用價(jià)值,本文主要介紹了具有較高裝填面積(~3×104m2·m-3)的中空纖維陶瓷膜。在眾多中空纖維陶瓷膜中,相轉(zhuǎn)化法制備的陶瓷膜具有一步形成指狀孔-海綿層非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。到目前為止,陶瓷膜的主要材質(zhì)為純氧化鋁。但是其制備成本(主要為原料成本和燒結(jié)成本)居高不下,這就限制了陶瓷膜的大規(guī)模應(yīng)用。目前,部分研究集中在低成本陶瓷膜的制備,即使用低成本的礦物或工業(yè)廢渣。目前,仍沒(méi)有研究使用鋁礬土礦物替代純氧化鋁,生產(chǎn)低成本氧化鋁中空纖維陶瓷膜。另一方面,通過(guò)高溫相轉(zhuǎn)化,大多數(shù)有害金屬可與富鋁材料反應(yīng),使其固定到尖晶石結(jié)構(gòu)中。同時(shí),以鋁礬土礦物為富鋁礦物,有望將有害金屬固定到多孔陶瓷膜中,這種方法不僅可以實(shí)現(xiàn)有害金屬的固定化,同時(shí)得到具有過(guò)濾功能的多孔陶瓷膜。(1)通過(guò)相轉(zhuǎn)化-高溫?zé)Y(jié)法,以鋁礬土熟料為原料,制備出具有指狀孔-海綿層非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的低成本氧化鋁-莫來(lái)石復(fù)合陶瓷膜。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了芯液流速和空氣間距對(duì)中空纖維膜形貌的影響。其中,芯液流速過(guò)低時(shí)由于不充分固化容易造成中空纖維膜內(nèi)壁的形變,而過(guò)長(zhǎng)的空氣間距依然會(huì)造成內(nèi)部指狀孔的畸變。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了燒結(jié)行為對(duì)中空纖維膜微結(jié)構(gòu)、孔徑分布、氮?dú)馔亢蜋C(jī)械強(qiáng)度的影響。同時(shí),酸堿滴定的方法首次用來(lái)測(cè)定陶瓷膜表面有效羥基濃度。燒結(jié)溫度的增加可以提高中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度,但會(huì)降低有效羥基濃度。相對(duì)于氧化鋁陶瓷膜,低成本氧化鋁-莫來(lái)石中空纖維復(fù)合膜顯示了更低的燒結(jié)溫度,相當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度和有效羥基濃度。(2)通過(guò)高溫?zé)徂D(zhuǎn)化反應(yīng),有害金屬銅與鋁礬土礦物反應(yīng)被固定到尖晶石結(jié)構(gòu)中,同時(shí)制得了具有過(guò)濾功能的尖晶石基多孔陶瓷膜。在1000-1090℃,90%以上的氧化銅被固定到尖晶石結(jié)構(gòu)中。燒結(jié)溫度過(guò)高,容易造成Cu-Al尖晶石的分解,最終導(dǎo)致少量氧化鋁和氧化銅的產(chǎn)生。并且,鋁礬土熟料制備的尖晶石基陶瓷膜中的尖晶石更容易分解。這主要是因?yàn)樵诖箢w粒的鋁礬土熟料表面的氧化銅的蒸發(fā)損失現(xiàn)象更為明顯。長(zhǎng)時(shí)間的銅離子浸出實(shí)驗(yàn)表明銅離子被成功的固定到Cu-Al尖晶石結(jié)構(gòu)。(3)低成本氧化鋁-莫來(lái)石復(fù)合陶瓷膜被氧化銅助燒結(jié),其中反應(yīng)燒結(jié)機(jī)制取代傳統(tǒng)的熔融燒結(jié)機(jī)制。在本實(shí)驗(yàn)中,我們系統(tǒng)的研究了燒結(jié)溫度對(duì)氧化銅添加量、開(kāi)孔隙率、收縮率、機(jī)械強(qiáng)度、孔徑分布、氮?dú)馔亢臀⒂^結(jié)構(gòu)的影響。其中,多孔陶瓷膜Cu Al8展示了適中的燒結(jié)行為。在高孔隙率氛圍內(nèi),多孔陶瓷膜Cu Al8的表現(xiàn)與多孔陶瓷膜Al相當(dāng)。其助燒結(jié)作用主要來(lái)源于Cu-Al尖晶石的形成和二次莫來(lái)石的交叉互鎖結(jié)構(gòu),這也導(dǎo)致多孔陶瓷膜Cu Al8相對(duì)均一的孔徑分布。多孔陶瓷膜Cu Al8被應(yīng)用到油污廢水的處理中,其顯示了相對(duì)較低的滲透通量,但是非常穩(wěn)定并且較高的截留率。(4)為了降低有害金屬鋅的危害,鋁礬土熟料不僅實(shí)現(xiàn)了氧化鋅的固定化,同時(shí)得到Zn-Al尖晶石基多孔陶瓷膜。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度對(duì)相轉(zhuǎn)化路徑、收縮率、孔隙率、機(jī)械強(qiáng)度、孔徑分布、氮?dú)馔亢臀⒔Y(jié)構(gòu)的影響。其中,相轉(zhuǎn)化路徑指出Zn-Al尖晶石生成于1000℃,并在1300℃完全尖晶石化。對(duì)于Zn-Al尖晶石基陶瓷膜而言,其孔隙率和收縮率主要受Zn-Al尖晶石的膨脹反應(yīng)和無(wú)定型二氧化硅的致密化作用的綜合影響。其中,多孔陶瓷膜Zn Al4顯示了高達(dá)44%的孔隙率。相對(duì)于多孔陶瓷膜Al,由于尖晶石和針狀莫來(lái)石的作用,多孔陶瓷膜Zn Al4展示了更高的孔隙率、機(jī)械強(qiáng)度、更大的孔徑分布和氮?dú)馔俊ｉL(zhǎng)時(shí)間的鋅離子浸出實(shí)驗(yàn)表明氧化鋅被成功的固定到多孔陶瓷膜的尖晶石結(jié)構(gòu)中。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ174.1;TQ051.893
【目錄】：

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中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 冀渝;[N];廣東建設(shè)報(bào);2005年

2 古月;[N];廣東建設(shè)報(bào);2006年

3 古月;[N];廣東建設(shè)報(bào);2006年

4 吳啟東;[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

5 西北輕工業(yè)學(xué)院 任強(qiáng) 武秀蘭 朱振峰;[N];廣東建設(shè)報(bào);2003年

6 魏忠杰;[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2004年

7 東晨;[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2003年

8 陳冀渝;[N];廣東建設(shè)報(bào);2003年

9 周忠華;[N];廣東建設(shè)報(bào);2005年

10 周忠華;[N];廣東建設(shè)報(bào);2007年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 李嶺領(lǐng);低成本中空纖維陶瓷膜的制備耦合有害金屬的固定化[D];華南理工大學(xué);2015年

2 吳貞;輕質(zhì)高強(qiáng)釔硅氧多孔陶瓷的可控制備、微觀結(jié)構(gòu)和性能[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

3 胡路陽(yáng);氧化鋁和氧化硅多孔陶瓷冷凝成型與組織性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

4 孫陽(yáng);輕質(zhì)高強(qiáng)氧化鋁微米級(jí)多孔陶瓷的制備與性能[D];北京科技大學(xué);2015年

5 潘建梅;先驅(qū)體轉(zhuǎn)化多孔硅氧碳陶瓷及其復(fù)合材料的制備與性能研究[D];江蘇大學(xué);2013年

6 董應(yīng)超;新型低成本多孔陶瓷分離膜的制備與性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

7 周永春;nHA涂層BCP多孔陶瓷構(gòu)建骨組織工程支架的實(shí)驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2014年

8 任春雷;膜蒸餾海水淡化和油水分離用疏水多孔陶瓷膜研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

9 袁輝平;ZrB_2基致密/多孔疊層材料的制備、結(jié)構(gòu)控制及性能研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張金;多孔陶瓷過(guò)濾器制備工藝與性能研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2009年

2 宋超;多孔陶瓷的制備及特性研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2007年

3 楊晨;干壓成型制備高吸音多孔陶瓷及其性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

4 張宏耀;羥基磷灰石粉體及其多孔陶瓷的制備研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

5 牛俊粉;脫硫除塵一體化多孔陶瓷的制備與表征[D];山東理工大學(xué);2008年

6 李素芹;β-磷酸三鈣多孔陶瓷的制備及其生物活性評(píng)價(jià)[D];河南科技大學(xué);2008年

7 張珺;基于紡織間隔織物結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷的浸漬法制備[D];江南大學(xué);2007年

8 萬(wàn)慶;材料的組成與結(jié)構(gòu)對(duì)多孔陶瓷耐腐蝕性能的影響[D];蘇州大學(xué);2010年

9 薛偉江;環(huán)保型直通孔結(jié)構(gòu)多孔陶瓷的制備與性能[D];天津大學(xué);2009年

10 付春偉;粉煤灰多孔陶瓷的制備及性能研究[D];山東建筑大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：低成本中空纖維陶瓷膜的制備耦合有害金屬的固定化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：203242