MMA體系注凝成型低成本制備氧化鋁陶瓷膜及其分離特性研究.pdf

1、膜分離技術(shù)主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等方法，由于其具有分離效率高、操作方便、能耗低、工作環(huán)境安全、無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，在食品、醫(yī)藥、冶金、能源、化工、環(huán)保等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。根據(jù)膜制備材料的不同，可將其分為兩大類：有機(jī)膜和無機(jī)膜。無機(jī)膜以陶瓷膜為主導(dǎo)，具有耐高溫、耐酸堿、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，擁有十分廣闊的發(fā)展前景。目前，商品化的陶瓷膜一般為非對稱形式，在制備過程中需要進(jìn)行多次的燒結(jié)和涂膜，不僅過程繁瑣，而且消耗大量的能源，導(dǎo)致陶

2、瓷膜制備成本居高不下。對于這種狀況，本文以兩種不同的成型工藝制備支撐體和分離層，進(jìn)行一次性共燒結(jié)得到陶瓷膜。為探究其分離能力，用染料進(jìn)行過濾性能測試，最后采用有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜提高對染料的去除率。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對支撐體燒結(jié)溫度過高的問題，對其進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)的研究。向骨料中加入復(fù)合助燒劑（NaSiO3+TiO2+CaCO3+MgO）降低支撐體的燒結(jié)溫度。探討了NaSiO3的加入量對支撐體各性能的影響，發(fā)現(xiàn)NaSiO3的添加

3、對支撐體低溫?zé)Y(jié)由明顯的促進(jìn)作用，但加入量需要控制得當(dāng)。通過正交實(shí)驗(yàn)確定NaSiO3含量，成孔劑含量、粘結(jié)劑含量和保溫時(shí)間的最優(yōu)方案為4%、6%、0.6%和2h。在此最優(yōu)條件下，重點(diǎn)研究溫度的影響，在較低的溫度區(qū)間1400-1450℃得到的陶瓷膜各性能較優(yōu)，適宜作為更精密的分離層載體使用。⑵對傳統(tǒng)注凝成型工藝進(jìn)行改進(jìn)，以MMA作為有機(jī)單體，通過本體聚合后得到預(yù)聚液與粉體骨料混合制成涂膜液，涂覆在支撐體生坯上干燥后形成凝膠層，隨后進(jìn)行共燒

4、結(jié)得到非對稱陶瓷膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)引發(fā)劑用量為0.1%，于90℃水浴中加熱11.5min，得到的預(yù)聚液粘度為350mPaS左右，流動(dòng)性良好?？膳c氧化鋁粉體混合作為涂膜液使用。涂膜液中粉體粒徑越小、漿料固相體積分?jǐn)?shù)越大，燒結(jié)溫度越高，得到的陶瓷膜純水通量、孔隙率和孔徑越小。為了得到孔徑小，且分布更均勻的陶瓷膜，選擇平均粒徑為4.49μm的原料，控制漿料固相體積分?jǐn)?shù)和燒結(jié)溫度為50%和1420℃。通過對兩種不同染料進(jìn)行過濾后發(fā)現(xiàn)，MMA注

5、凝成型制得的陶瓷膜比傳統(tǒng)注漿成型制得支撐體過濾性能更好，說明MMA體系注凝成型工藝在分離層制備方向具備一定的應(yīng)用價(jià)值。⑶通過相轉(zhuǎn)化制得有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。探究聚醚砜濃度、浸漬時(shí)間、浸漬溫度和凝固浴溫度對復(fù)合膜性能的影響。結(jié)果表明聚醚砜濃度和浸漬溫度越高，復(fù)合膜純水通量越低，對直接染料去除率越高。凝固浴溫度越高，水通量越高，對直接染料去除率降低。浸漬時(shí)間則幾乎沒有影響。通過控制變量法在聚醚砜濃度為15%，浸漬時(shí)間為1h，浸漬溫度為40℃、凝