外文翻譯（中文）-----等靜壓法超濾、微濾陶瓷膜的制造和特點

1、<p><b>　　中文4780字 </b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯</p><p><b>　　（2011屆）</b></p><p>　　外文題目 Manufacture and Characterization of Ultra and </p><p>　

2、　Microfiltration Ceramic Membranes by Isostatic Pressing </p><p>　　譯文題目 等靜壓法超濾、微濾陶瓷膜的制造和特點 </p><p>　　外文出處 Ceramics International

3、</p><p>　　學(xué) 生 </p><p>　　學(xué) 院 環(huán)境與安全工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 </p><p>　　校內(nèi)指導(dǎo)教師 專業(yè)技術(shù)職務(wù)

4、 </p><p>　　校外指導(dǎo)老師 無 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 無 </p><p>　　等靜壓法超、微濾陶瓷膜的制造和特點</p><p>　　摘要：本文主要介紹超濾、微濾多孔管道和油水分離陶瓷膜的制造。為了達(dá)到這種效果，試驗中嚴(yán)格控制慮孔的分布和大小。將30%的固體顆粒(氧化鋯、氧化鋁粉末和蔗糖)懸浮

5、液, 70%的液體 (異丙醇)放在準(zhǔn)備好的廣口瓶里，根據(jù)預(yù)設(shè)的慮孔尺寸，改變蔗糖粒子的研磨時間。通過等靜壓方法制作薄膜，用掃描電鏡觀察結(jié)構(gòu)，用水銀浸入稱重的方法測定孔隙率。薄膜的形態(tài)學(xué)特性證明它是由多孔氧化鋯和氧化鋁形成的薄膜結(jié)構(gòu)。水銀孔隙率分析方法的結(jié)果顯示微濾用平均1.8µm的多濾孔薄膜，而超濾頂層用平均尺0.01-0.03µm大小的濾孔，后面用平均尺寸1.8 µm的濾孔。依靠制造工藝的應(yīng)用，制造具有分

6、離水油乳劑性能的超濾和微濾薄膜是很有可能的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：陶瓷膜；均壓；蔗糖；超濾；微濾</p><p><b>　　1.介紹：</b></p><p>　　石化、冶金和食品制造業(yè)會產(chǎn)生很多以油/水或水/油乳狀液形式的廢棄液體。 薄膜技術(shù)可能是乳狀液分離的一個廉價、有效的替代方法；因而已經(jīng)有人發(fā)表了幾篇闡述通過陶瓷膜使油水乳狀液

7、分離的論文[1-3] 。由于陶瓷膜具有諸多的優(yōu)勢，用陶瓷薄膜代替聚合薄膜將產(chǎn)生持續(xù)的利益，比如在高溫高壓下的穩(wěn)定性、很好的化學(xué)的穩(wěn)定性、高機械強度、壽命長和很好的去污性能。氧化鋁薄膜已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用，但最近研究機構(gòu)考慮使用像氧化鋯、二氧化鈦 和矽石其它多孔薄膜材料。</p><p>　　為了實現(xiàn)膜技術(shù)的商業(yè)運用，研究機構(gòu)應(yīng)該在制造業(yè)技術(shù)、費用， 微觀結(jié)構(gòu)特性、過濾效率及其他方面進行大量的研究。在這種意義上，許多制

8、備陶瓷膜的工藝，譬如溶膠凝膠法、逆相法、擠出和粉漿燒鑄法已經(jīng)在最近數(shù)年中得到發(fā)展[4-7]。文獻中也記載了其他方法。比如說，Cui等其他人[8]通過原位水熱合成法，在α-鋁管內(nèi)制備沸石\陶瓷微濾薄膜來治理被油污染的水。Zhang等人[9]用固相燒結(jié)法制備摻有二氧化鈦的氧化鋁復(fù)合微濾膜，這種膜用于分離油性廢水。Zhou等人[10]還制備一種由平面多孔鈦鋁合金構(gòu)成的二氧化鈦薄膜，這種合金是通過電泳沉積和浸涂過程來合成的。</p>

9、<p>　　等靜壓也運用于制造汽車零件、電和熱絕緣體、鍍膜材料、組織工程學(xué)中陶瓷支架[11]和薄膜[12,13]。然而,目前的研究均未考慮等靜壓方法來制造分離油水乳狀液的微濾、超濾陶瓷膜。</p><p>　　本文主要介紹等靜壓方法的應(yīng)用。等靜壓作為一種成形方法，可獲得能夠?qū)崿F(xiàn)水油分離和不支持水油分離的超、微濾陶瓷膜。由于相比其他方法來說，等靜壓方法具有諸如高質(zhì)量、陶瓷單元的均勻性好、能制成多層結(jié)構(gòu)

10、、設(shè)計中能靈活應(yīng)用和節(jié)省材料（對研究而言）等幾項優(yōu)勢，因而選擇此方法。</p><p>　　要制造像過濾器或者薄膜一類的陶瓷材料,要在懸浮液或漿體（陶瓷顆粒的原料）中混入致孔劑。像蔗糖一類的致孔劑，在燒結(jié)生成微孔過程中分解掉了。此外，蔗糖能夠產(chǎn)生特定體積和大小的微孔（敞開或閉合），這直接影響膜的多孔性能和滲透率。因此，像致孔劑的研磨時間和燒結(jié)溫度的這些因素是極端重要的[14]。</p><p&

11、gt;　　成功應(yīng)用陶瓷膜的關(guān)鍵在于膜的生產(chǎn)是否能提供較大范圍變化的滲透性和高選擇性。因此，在薄膜的制備方面的關(guān)于微孔大小和分布控制的研究已經(jīng)完成。這些因素影響薄膜的選擇性并決定其應(yīng)用。 為生產(chǎn)超濾、微濾陶瓷膜，應(yīng)該控制生產(chǎn)過程以便使微濾膜的孔徑處于0.1-10µm，使超濾膜的孔徑處于0.01-0.1µm范圍內(nèi)。</p><p>　　在這方面，開發(fā)一種能夠控制微孔大小和孔隙性的方法是很有必要的，

12、這樣薄膜才能適合特定的應(yīng)用。</p><p>　　本文描述了超濾微濾陶瓷膜的制造過程。這一過程運用等靜壓法作為成形方法并用蔗糖作為致孔劑。這一制造方法被認(rèn)為能生產(chǎn)出薄膜應(yīng)用中所需要的理想特性。</p><p><b>　　2.材料和方法</b></p><p>　　本文建議使用蔗糖作為致孔劑、采用等靜壓作為成型方法來制造微濾、超濾陶瓷膜管。由于

13、蔗糖的一系列優(yōu)點，所以將其作為致孔劑。這些優(yōu)點包括：在花費較少的情況下能得到較高純度；在水的浸濾下能除去部分雜質(zhì)而通過熱降解能完全除去雜質(zhì)；無毒；經(jīng)過加壓后能稍微改變晶體的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.1 準(zhǔn)備制備陶瓷膜的泥漿</p><p>　　用高溫?zé)Y(jié)氧化鋁A1000 SG（安邁鋁業(yè)公司）和四氧氧化鋯 TOSOH－3Y（日本東曹公司）作陶瓷薄膜的結(jié)構(gòu)成份，兩者的平均直徑分別是0.5

14、µm和0.3µm，各自的表面積是8.4m2/g和7.7m2/g。表1描述了商業(yè)氧化鋁的成分。含雜質(zhì)0.08%的蔗糖在研究中用作致孔劑。粉末狀聚乙烯醇縮丁醛樹脂（PVB）的密度為1.1 g/cm³，含丁縮醛約80%。密度為0.782g/mL的異丙醇和0.2%的水分別用作陶瓷黏合劑和黏合劑溶劑。</p><p>　　表 1 商用氧化鋁的構(gòu)成</p><p>　　首

15、先，把蔗糖粒子用泥漿和雌蕊浸軟，然后用一個篩子系統(tǒng)（篩孔徑為177-300 µm和177- 600 µm）進行分類。其次，將PVB和異丙醇放入一個容積為400毫升的聚乙烯廣口瓶中，瓶內(nèi)裝有900克的陶瓷研磨元素（圓柱形顆粒的氧化鋁通常占1/2），然后研磨2小時。然后，將氧化鋁或氧化鋯陶瓷粉和篩分好的蔗糖加入廣口瓶中加以研磨（分別研磨 2 和至20分鐘）。然后調(diào)勻混合物，使之成為含30%體積固體（蔗糖和氧化鋁或氧化鋯）

16、，含70%體積液體（乙醇和聚乙烯醇縮丁醛）的懸浮液。表2記錄了每個原件所需的陶瓷泥漿體積。</p><p>　　表 2 制備好的陶瓷泥漿構(gòu)成</p><p>　　稍后，在熱氣流槍的作用下（溫度在80℃左右以免蔗糖燃燒），接著通過孔徑為250.0µm的篩子后形成陶瓷-蔗糖聚合顆粒。隨后將陶瓷顆粒放在80℃的烘箱內(nèi)烘烤2小時。</p><p>　　PVB B-

17、98 玻璃轉(zhuǎn)換溫度是在72-78℃。當(dāng)溫度達(dá)到約80℃時，其聚合物可塑性將會提高，同時降低表面應(yīng)力集中，有助于陶瓷膜表面拋光。此外，圖1中的熱解溫度分析法證明由于PVB的熱降解溫度始于212℃，所以它在80℃時不會降解。</p><p>　　圖 1 一定溫度范圍內(nèi)聚乙烯醇縮丁醛質(zhì)量減少的百分比</p><p><b>　　2.2 膜的制備</b></p>

18、<p>　　運用陶瓷處理獲得兩種類型的膜，即多孔的和支承的。圖 2表示了管狀陶瓷的薄膜的尺寸。</p><p>　　圖 2 陶瓷膜的設(shè)計和各自形狀</p><p>　?。╝)多孔薄膜 （b)支承薄膜</p><p>　　為了制備多孔氧化鋯和氧化鋁薄膜，等靜壓的模子充滿陶瓷顆?；蜓趸喓脱趸X的細(xì)致顆粒，然后根據(jù)圖 3加壓。</p>&

19、lt;p>　　圖 3 獲得多孔氧化鋯和多孔氧化鋁的材料和方法</p><p>　　在制造支承薄膜時（氧化鋯首層位于氧化鋯層或氧化鋁層上），核心部位首先用氧化鋯泥漿（在試管1中）浸潤，隨后將浸潤在試管中的部分拿出來用熱氣流槍蒸干溶劑。這個過程要操作兩遍使得到含氧化鋯較少的核心部分表面（即選擇層）。最后，將核心部分插入充滿氧化鋁或氧化鋯粉末（見表2）的鑄模中，形成膜的支承能力，接著施加100MPa的等靜壓。這

20、樣，就同時產(chǎn)生了首層和支撐層，換而言之，同樣的壓力下它們應(yīng)變一致。圖4描述了上述過程。 </p><p>　　圖 4 支承薄膜的制造程序</p><p>　　在下一個階段中，對膜系統(tǒng)（支撐層和氧化鋯首層）采用熱處理。將膜置于耐熔煉的容器中并覆蓋上樹薯淀粉（以吸收融化的蔗糖）。將它們放在爐溫處于100℃-160℃的爐中灼燒。然后為去除蔗糖，每24小時溫度就會上升20℃。這樣由于蔗糖的熱擴散就

21、減少了管狀薄膜在燒結(jié)過程中斷裂的危險。在此以后，將管狀薄膜置于一個電子控制熔爐內(nèi)，根據(jù)圖5，用固定的方法步驟燒結(jié)。最后將爐子敞開冷卻到室溫。</p><p>　　圖 5 陶瓷薄膜的燒結(jié)過程</p><p>　　用水浸法（阿基梅德斯原則）可以測量薄膜的表觀密度和多孔性，這樣就可以看出陶瓷薄膜的結(jié)構(gòu)特點。用水銀壓入法和掃描電鏡來進行孔隙率測定。水浸法中要用四個樣品，其他的分析中每種薄膜要用兩

22、個?？紫堵史治龇ㄓ玫搅怂y微孔模型 PORESIZER 932(測微器具公司生產(chǎn)）。浸潤測試是根據(jù)美國材料試驗協(xié)會 (ASTM)的標(biāo)準(zhǔn)[16]進行的。用牛津大學(xué)的探測器，通過 LEO1430掃描電子顯微鏡，在20kv電子束的操作下，對薄膜進行形態(tài)學(xué)分析。</p><p><b>　　3. 結(jié)果和討論</b></p><p>　　3.1 陶瓷薄膜的結(jié)構(gòu)特點</p&

23、gt;<p>　　根據(jù)篩分尺寸大小和研磨時間在多孔氧化鋁薄膜上生成不同大小的微孔。圖6表示了不同蔗糖研磨時間下薄膜微孔大小的分布。</p><p>　　圖 6 (a)蔗糖不同研磨時間下多孔氧化鋁的孔徑分布</p><p>　　(b)氧化鋯薄膜的孔徑分布</p><p>　　依照圖 6，孔隙率法分析顯示在制造氧化鋁薄膜的過程中蔗糖研磨時間越長微孔直徑

24、的分布越均勻。另一方面，比較長的研磨時間會造成比較小的平均孔徑。因此，蔗糖的研磨時間可能影響氧化鋁薄膜微孔的平均孔徑，同時影響薄膜的選擇性和滲透性[17].根據(jù)圖6，制造方法中利用具有相同平均孔徑(1.8µm)但是不同微孔分布的的氧化鋯和氧化鋁薄膜成品。因此,薄膜的材料也影響它的多孔結(jié)構(gòu)。圖 7呈現(xiàn)了在1500℃下燒結(jié)后薄膜（非對稱氧化鋯薄膜和氧化鋯-氧化鋁合成薄膜）的多孔分布。</p><p>　　圖

25、 7 水銀浸入法氧化鋯薄膜的孔隙率分析</p><p>　　(a)不對稱氧化鋯薄膜 (b)合成薄膜 </p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)在非對稱氧化鋯薄膜（圖 7）和氧化鋯-氧化鋁合成薄膜（圖 7）的活性層上的多孔平均直徑為0.015µm和0.03µm。研究發(fā)現(xiàn)，大于1µm平均孔徑的微孔出現(xiàn)在了支撐薄膜上，然而在制造過程中，直徑為0.1µm的微孔出現(xiàn)在

26、內(nèi)部，即它們不是致孔劑產(chǎn)生的。因為用不同的材料（氧化鋯和氧化鋁）作為結(jié)構(gòu)材料，孔隙率分析法顯示這種制造方法生產(chǎn)了不同結(jié)構(gòu)（不同微孔分布）的支撐氧化鋯薄膜。此外，控制平均孔徑大小在0.01µm和 0.03 µm，這樣這種方法也能制造具有超濾性能的薄膜（氧化鋯活性層）。（如圖 7所示）</p><p>　　對陶瓷膜應(yīng)用了水浸測試法。這些薄膜所得到的結(jié)果列于表 3中。</p><

27、p>　　表 3 多孔支承薄膜（或非支承薄膜）浸入測試的結(jié)果</p><p>　　表 3顯示，采用50%體積的致孔劑，在蔗糖研磨了2小時20分鐘后，氧化鋁多孔薄膜上會分別產(chǎn)生39.05%和39.91%的視孔隙率。由于兩個薄膜的燒結(jié)溫度相同，所以視孔隙率的減少與研磨時間的縮短有直接關(guān)系。</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示，在結(jié)構(gòu)薄膜層之間，不對稱氧化鋯薄膜 （氧化鋯-氧化鋯)的視孔隙率較低。

28、由于氧化鋯在燒結(jié)過程中的高縮進性，因此在這個結(jié)構(gòu)中只有氧化鋯薄膜具有較少的開孔數(shù)和較高的密集程度。 在燒結(jié)的最后一個階段中，也就是在1500℃，主要是顆粒的生長，這導(dǎo)致了膜結(jié)構(gòu)中開孔體積的減少和材料密度的增加。</p><p>　　盡管薄膜也呈現(xiàn)出大量的閉氣孔，但薄膜（出了多孔氧化鋯薄膜外）的總孔隙率高于文獻[18]推薦的50%。</p><p>　　通過掃描電鏡圖片可以分析多孔和支撐薄膜

29、的形態(tài)學(xué)特點。圖 8顯示的內(nèi)容與不同研磨時間下多孔氧化鋁薄膜一致與多孔氧化鋯薄膜也是一致的。</p><p>　　圖 8 多孔薄膜交錯部分的掃描電鏡照片（放大500倍）</p><p>　　多孔氧化鋁薄膜的制備：（A）經(jīng)2小時蔗糖研磨</p><p>　?。˙）經(jīng)20分鐘蔗糖研磨</p><p>　　(C) 多孔氧化鋯薄膜</p>

30、<p>　　在薄膜 A（經(jīng)過2小時研磨）中，研磨期間有大顆粒蔗糖減少，這使得微孔更小分布更均勻，這在充滿樹脂的較黑部分可以觀察到（如圖8 a）。在圖 8 (a）中，觀察到有些微孔內(nèi)部沒有充滿松香（白色箭頭處）。圖 8也表示從從圖 A到圖 B，研磨時間減少了，這使得陶瓷結(jié)構(gòu)中分布不均勻的大孔數(shù)量增加（圖 8 b）。</p><p>　　根據(jù)文獻[19]，當(dāng)結(jié)構(gòu)中顆粒小部分體積（認(rèn)為是球形的）高于22%

31、，滲透渠道就像網(wǎng)一樣連通起來。因此，在薄膜 B中（孔隙率有33.91%），與大孔口相比孔隙率作為影響透水介質(zhì)的主要因素。</p><p>　　圖 8(c）顯示微孔（較黑暗的區(qū)域）充滿樹脂，多孔薄膜的密集區(qū)域同氧化鋯的含量一致。由于孔口氧化鋯薄膜中出現(xiàn)平均直徑在1.8µm的頻率很高（圖6 b)，所以在薄膜結(jié)構(gòu)中，大孔體積也很明顯較大，這同孔隙率測定法的結(jié)果一致。這種薄膜的形態(tài)學(xué)特征也顯示出，由于這種薄膜與

32、其他薄膜相比呈現(xiàn)出較小的表觀孔隙率，所以它的結(jié)構(gòu)密集。</p><p>　　下面的掃描電鏡圖顯示了支撐薄膜的形態(tài)學(xué)特征。圖 9 (a）和9 (b）顯示了支撐氧化鋯-氧化鋁合成薄膜的橫斷面。薄膜的結(jié)構(gòu)充滿了環(huán)氧樹脂，隨后用砂紙和金剛石研磨膏拋光，以便提高薄膜形態(tài)學(xué)外觀。</p><p>　　圖 9 (a）清楚地顯示了多孔的氧化鋁支撐層上的氧化鋯層（首層），證明了氧化鋯-氧化鋁合成薄膜的形成。

33、圖 9 (b）顯示了合成薄膜中不對稱結(jié)構(gòu)和首層將近40µm厚度的放大圖片。</p><p>　　圖 9 氧化鋯薄膜的掃描電鏡照片</p><p>　　(a)氧化鋯-氧化鋁合成的支承薄膜 (b)放大500倍的照片</p><p>　　(c)不對稱氧化鋯薄膜 (d)放大500倍的照片</p><p>　

34、　圖9（c)是不對稱氧化鋯薄膜橫斷面的掃描電鏡圖像。圖 9(d）代表薄膜的放大圖像。在多孔氧化鋯支撐上的氧化鋯活性層的厚度大約是50 µm。圖9(b）和9(d）證明在氧化鋁表面和多孔氧化鋯支撐層的氧化鋯層有較好的粘合性。</p><p><b>　　4. 結(jié)論</b></p><p>　　因為生產(chǎn)制造過程中用到了蔗糖顆粒作為致孔劑，而蔗糖顆粒能夠產(chǎn)生對微濾超

35、濾過程來講特定孔隙率和特定微孔大小，所以這種制造過程被認(rèn)為比較新穎。等靜壓開始被用來作為一種吸附在氧化鋯薄層（氧化鋯首層）和氧化鋁支撐層的方法，以便獲得不對稱和合成的薄膜（或者是支承薄膜）。同其他用來制造支承薄膜的方法相比，等靜壓方法使通過相同的壓力獲得首層和支撐層成為可能。</p><p><b>　　5. 參考文獻</b></p><p>　　1. C. Psoc

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