多孔陶瓷膜孔隙結(jié)構(gòu)輸運性能的計算模擬與實驗研究.pdf

1、多孔陶瓷膜屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域的重要分支，與有機膜相比，陶瓷膜材質(zhì)具有耐高溫、抗化學腐蝕、機械強度高和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點，在化工、能源、冶金、環(huán)保等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應用。
　　對多孔陶瓷膜的孔結(jié)構(gòu)輸運性能進行定量表征可為多孔陶瓷膜制備和應用提供重要參考。本課題基于三維孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，建立擴散數(shù)值模擬方法綜合分析多孔陶瓷孔隙的連通性和曲折因子大小，擴散模擬的研究對象包括相轉(zhuǎn)化流延法制得的多孔氧化鋁樣品和計算機產(chǎn)生的孔隙隨機分布的虛擬樣

2、品。
　　第一章簡要地介紹了多孔陶瓷膜的研究和應用現(xiàn)狀，主要內(nèi)容包括多孔陶瓷膜的分類、孔結(jié)構(gòu)成型工藝、表征參數(shù)及其方法、三維微結(jié)構(gòu)的斷層掃描成像研究。
　　第二章以一個虛擬的孔隙隨機分布樣品為例，詳細介紹了擴散數(shù)值模擬方法的建立過程，指出該方法可根據(jù)穩(wěn)態(tài)下孔隙內(nèi)擴散物質(zhì)的濃度分布，分析孔結(jié)構(gòu)的連通性，包括區(qū)分貫通孔、半開孔和封閉孔，并對各自含量進行統(tǒng)計;該方法還可進一步識別貫通孔中對輸運不起作用的無效孔;根據(jù)多孔樣品在擴散模

3、擬穩(wěn)態(tài)下的擴散通量，結(jié)合由濃度分布區(qū)分出的各類孔隙率，可計算由總孔隙率、貫通孔孔隙率以及輸運有效孔隙率分別修正得到的三類曲折因子。此外，第二章還研究了孔隙隨機分布樣品的孔隙率、取樣尺寸大小和厚度與邊長之比對曲折因子大小的影響。
　　第三章采用相轉(zhuǎn)化流延法制備了非對稱氧化鋁多孔陶瓷膜并利用SRCT技術(shù)獲得其三維孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。利用擴散數(shù)值模擬方法分析其沿指狀孔生長方向的孔結(jié)構(gòu)輸運性能，同時采用計算機產(chǎn)生尺寸和孔隙率與其一致的虛擬樣品作對

4、比，結(jié)果表明對于總孔隙率都為34.7％的兩種樣品，前者的輸運有效孔隙率為27.98％，后者的輸運有效孔隙率為9.96％。對兩種樣品的曲折因子計算表明，相轉(zhuǎn)化流延法制得的氧化鋁陶瓷膜分別以總孔隙率、貫通孔孔隙率以及輸運有效孔隙率修正得到的曲折因子為2.01，1.94，1.62，而孔隙隨機分布虛擬樣品對應的三類曲折因子分別為67.28，46.17，19.30。由擴散有效曲折因子可推算得幾何曲折因子，該值直接反映了孔隙通道的彎曲程度，經(jīng)計算，

5、相轉(zhuǎn)化樣品幾何曲折因子為1.27，而孔隙隨機分布樣品為4.39。兩種樣品各類曲折因子計算結(jié)果的橫向和縱向?qū)Ρ扔辛Φ卣f明相轉(zhuǎn)化流延法制得的多孔陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)非常利于物質(zhì)輸運。
　　第四章采用相轉(zhuǎn)化流延法和添加石墨造孔劑制備多孔支撐層的雙層流延方法制備非對稱氧化鋁多孔陶瓷膜和非對稱YSZ-LSM陶瓷氧分離膜，對其中的多孔陶瓷膜進行氣體滲透測試，實驗表明相轉(zhuǎn)化流延法制備的陶瓷膜氣體滲透通量要遠大于普通雙層流延法;氧分離膜的氧氣滲透測試結(jié)