低成本多孔碳化硅陶瓷支撑体的制备及耐酸碱性能优化

以工业级碳化硅为主要原料、石墨作为造孔剂,利用低值页岩制备的玻璃熔块为低温烧结助剂,通过干压成型法制备了多孔碳化硅陶瓷支撑体。研究了组成配比、烧结温度对支撑体孔隙率、孔径分布、力学性能及耐酸碱腐蚀性能的影响。结果表明:在1 180℃烧结,当SiC含量为80.0%(质量分数)、玻璃熔块含量为20.0%、外加15.0%的石墨时、可制得孔隙率为36.2%、抗弯强度为67.1 MPa、平均孔径为1.37μm、纯水通量为8 075 L/(m2·h·bar)的支撑体。该支撑体分别在80℃、pH=0和pH=14的酸碱溶液中腐蚀24 h后,剩余抗弯强度分别为47.4和46.7 MPa,表现出较均衡的优异耐酸碱腐蚀性能。     

烧结温度对黄土陶瓷膜支撑体性能的影响

实验以洛川黄土为骨料,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为烧结助剂.利用滚压成型法、固态离子烧结法来制备黄土陶瓷膜支撑体,并对制备的支撑体的性能影响因素进行了探究.通过压汞法、三点弯曲法、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及自制装置对支撑体试样进行测试.分别研究孔径分布、孔隙率、抗折强度、晶相变化、表面形貌、酸碱腐蚀率以及纯水通量等对黄土陶瓷膜支撑体性能的影响.研究结果表明:十二烷基苯磺酸钠能显著降低黄土陶瓷膜烧结时候的温度.当烧结温度小于1000℃时,支撑体中没有新物质生成;当烧结温度大于1090℃时,纯水通量随烧结温度的升高呈现出下降趋势;当烧结温度恰好达到1070℃,此时制得的支撑体性能良好,中值孔径为6975.9 nm、抗折强度37.83 MPa、孔隙率20.65％、纯水通量1943.70 L/(m2·h·MPa)、酸/碱腐蚀率0.340％/0.195％.     

烧结温度对氧化铝陶瓷膜支撑体性能的影响

实验以α-Al_2O_3为骨料,TiO_2-MnO_2-MgO为复相烧结助剂,采用挤压成型法和固态粒子烧结法制备Al_2O_3陶瓷膜支撑体,并探究烧结温度对陶瓷膜支撑体性能的影响。通过压汞法、自制纯水通量测定装置、三点弯曲法、质量损失法、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法对α-Al_2O_3陶瓷支撑体的孔隙率、纯水通量、抗折强度、酸碱腐蚀率、晶相变化以及表面形貌等微观结构进行分析表征。研究结果表明:TiO_2-MnO_2-MgO能显著降低α-Al_2O_3陶瓷支撑体的烧结温度,烧结温度低于800℃,无法提供足够的激活能,支撑体没有新相生成;超过1 300℃时,支撑体纯水通量随着烧结温度升高而急剧下降。当烧结温度为1 300℃时,制得的支撑体性能良好,孔隙率达到了44.84%、抗折强度为80.21 MPa、纯水通量为8 979.37 L/(m~2·h·MPa)、酸/碱腐蚀质量损失率为0.87%/1.09%。     

天然矿物低成本制备多孔陶瓷支撑体

陶瓷支撑体是多孔陶瓷膜应用的基础。对于传统陶瓷支撑体(如氧化铝),昂贵的原料价格及较高的烧结成本限制了其进一步应用。因此,选用合适的天然矿物原料来实现陶瓷支撑体的低成本制备成为当前研究重点。本工作以高岭土、滑石、碳酸钙为原料,制备出系列多孔陶瓷支撑体。采用热膨胀仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、压汞仪、万能试验机对坯体的烧结特性以及多孔陶瓷支撑体的物相组成、显微结构、孔径尺寸分布、抗弯强度和耐酸碱腐蚀性进行了研究。结果表明：坯体具有优良的低温烧结特性,通过化学反应烧结机制实现了多孔陶瓷支撑体的制备。烧结温度在1 000～1 200℃间较为适宜,所得支撑体的显微结构均匀,孔径呈单峰分布,开口气孔率、平均孔径尺寸、抗弯强度、0.1 MPa气体压力差下氮气通量分别为49.8%～49.4%、1.09～1.83μm、40.57～28.85 MPa、119～340 m3·m–2·h–1,同时具有良好的耐碱腐蚀性能。     

氧化铝添加量对多孔碳化硅支撑体性能的影响

以平均粒径为27.6μm的α-Si C为骨料、亚微米碳化硅和α-Al2O3为助烧剂,采用干压成型法在空气氛围中烧成制备多孔碳化硅支撑体,研究了氧化铝含量对多孔碳化硅支撑体结构及性能的影响。结果表明:当氧化铝添加量为10%(质量分数)、烧成温度为1 450℃时,支撑体的孔径、孔隙率、抗弯强度和纯水通量分别为0.3μm、31.8%、39.1 MPa和786 L·m~(–2)·h~(–1)·bar~(–1)。经过80℃,10%的Na OH溶液中腐蚀4 h后,多孔碳化硅支撑体的抗弯强度仍高于18 MPa。     

SiO2基多孔陶瓷膜支撑体的制备

以海泡石矿物为原料,通过干压成型制备了氧化硅( SiO2)基多孔陶瓷膜支撑体,研究了烧成温度对制备试样的物相组成、微观结构、平均孔径、孔隙率、纯水渗透通量和抗弯强度的影响.结果表明,经1100 ～ 1200℃保温2h烧成制备的SiO2基多孔陶瓷支撑体试样主要由石英主晶相和少量滑石晶相组成,具有良好的结构与性能,可用于SiO2复合陶瓷膜的制备.1200℃烧成制备的试样孔隙率和平均孔径分别为31.4％和1.72 μm,其水通量和抗弯强度分别可达到20.30 m3·m-2·h-1·bar-1和61.0 MPa.     

α-Al_2O_3对黄土陶瓷膜支撑体性能的影响

以黄土为骨料,α-Al_2O_3为添加剂,采用滚压成型法和溶模芯法制备单管式黄土基无机陶瓷膜支撑体,分析α-Al_2O_3的添加量对支撑体性能的影响。通过激光粒度仪、压汞仪、XRD、微机控制电子万能试验机、SEM和自置装置对原料的粒径分布、成品的孔径大小及分布、晶型、抗折强度、表面形貌、孔隙率和纯水通量进行表征分析。结果表明:随着α-Al_2O_3添加量的增加,支撑体的抗折强度增加,平均孔径、孔隙率和纯水通量下降明显;当α-Al_2O_3添加量(质量分数)为20%,烧结温度为1 100℃时,支撑体的纯水通量为1 995.56 L/(m~2·h·MPa),平均孔径为1 027.65 nm,孔隙率为19.659 8%,抗折强度为263.768MPa,酸(碱)腐蚀质量损失为1.567%(0.178%)。     

包覆型Al_2O_3粉体制备低温烧成多孔陶瓷膜支撑体

采用22μmα-Al2O3为骨料,0.5μmα-Al2O3为烧结助剂,一是采用简单机械混合得到上述2种氧化铝的混合粉体,二是通过粉体表面修饰的方法,将0.5μmα-Al2O3包覆在22μmα-Al2O3表面得到包覆型氧化铝粉体。采用上述2种原料,通过干压成型法制备出片状多孔支撑体,考察了不同烧成温度下2种粉体路线制备出的多孔支撑体的弯曲强度、平均孔径、孔隙率和纯水通量。结果表明:在获得相同支撑体性能的前提下,以包覆型氧化铝粉体为原料制备出的支撑体的烧成温度大大低于采用简单机械混合后粉体制备支撑体的。在1550℃的烧成温度下,包覆型氧化铝粉体制备的支撑体的机械强度为34.2MPa,孔隙率为34%,平均孔径为2.34μm,纯水通量为205m3/(m2·h·MPa)。     

烧结温度对TiO_2/不锈钢中空纤维复合膜结构和性能的影响

不锈钢中空纤维膜基膜孔径大,直接涂覆分离层容易产生表面缺陷。在二氧化钛悬浮液中加入聚乙烯醇作为黏结剂,通过真空辅助抽滤法在不锈钢中空纤维基膜表面形成一层均匀的分离层。通过高温烧结得到了TiO_2/不锈钢中空纤维复合膜,考察了烧结温度对于TiO_2/不锈钢中空纤维复合膜表面分离层形貌和结构的影响。不同烧结温度时,TiO_2/不锈钢中空纤维复合膜的表面形貌有所差异;随着烧结温度的升高,不锈钢复合膜的孔径和纯水通量均先升高再下降。当烧结温度为500℃时,表面涂层均匀,孔径分布集中,水通量较高。最后,以SPT-500膜测试了水包油乳液分离效果,分离效率达到99%以上,且具有良好的抗污染性能。     

低成本大孔陶瓷膜支撑体的制备与表征(英文)

以高岭土和白云石为主要原料,通过反应烧结法制备低成本大孔陶瓷膜支撑体,对制备的支撑体进行了结构和性能表征.结果表明:在高岭土中引入质量分数为20%的白云石,可显著抑制高岭土的高温烧结;加入白云石后制备的支撑体在1 150~1 300℃保温1h后,主晶相为莫来石、堇青石和钙长石,平均孔径和抗弯强度随烧成温度升高而增大,而水通量和孔隙率降低;加入20%白云石并在1 250℃保温1 h制各的大孔支撑体的孔隙率和平均孔径分别为44.6%和4.7μm,抗弯强度和纯净水通量分别达到47.6MPa和10.76m3/(m2·h·bar).     

黄土-粉煤灰陶瓷膜支撑体的制备及表征

以洛川黄土为主要原料,粉煤灰为添加剂,通过滚压成型法和固态粒子烧结法制备黄土基陶瓷膜支撑体。研究了烧结温度及粉煤灰添加量对陶瓷膜支撑体纯水通量、酸碱腐蚀率、孔径分布、晶相组成的影响。结果表明:粉煤灰可以促进支撑体内部孔隙的形成,从而有效增加支撑体孔隙率,在烧结温度为1110℃,粉煤灰添加量为15%时,可制得纯水通量为5365 L/m2·h,孔隙率为32.1%,平均孔喉半径为1.32μm,酸碱腐蚀后质量损失率仅为0.04%、0.06%的黄土基陶瓷膜支撑体。以粉煤灰作为添加剂可生产出成本较低,性能优良的黄土基多孔陶瓷支撑体。     

烧结温度对TiO2/不锈钢中空纤维复合膜结构和性能的影响

不锈钢中空纤维膜基膜孔径大,直接涂覆分离层容易产生表面缺陷。在二氧化钛悬浮液中加入聚乙烯醇作为黏结剂,通过真空辅助抽滤法在不锈钢中空纤维基膜表面形成一层均匀的分离层。通过高温烧结得到了TiO₂/不锈钢中空纤维复合膜,考察了烧结温度对于TiO₂/不锈钢中空纤维复合膜表面分离层形貌和结构的影响。不同烧结温度时,TiO₂/不锈钢中空纤维复合膜的表面形貌有所差异;随着烧结温度的升高,不锈钢复合膜的孔径和纯水通量均先升高再下降。当烧结温度为500℃时,表面涂层均匀,孔径分布集中,水通量较高。最后,以SPT-500膜测试了水包油乳液分离效果,分离效率达到99%以上,且具有良好的抗污染性能。     

硅藻土/α-Al_2O_3中空纤维膜的制备与表征

文中采用相转化烧结的方法制备了硅藻土/α-Al_2O_3中空纤维膜,研究了硅藻土百分含量和烧结温度对制备的中空纤维膜性能的影响,该中空纤维膜具有较高的纯水通量和较高的机械强度,在硅藻土百分含量为10%,烧结温度为1 250℃,烧结时间为2 h的条件下,制备的硅藻土/α-Al_2O_3中空纤维膜抗弯强度为15.83 MPa,在操作压力为0.15 MPa时,纯水通量为3 227.18 L/(m~2·h),平均孔径范围为0.27～0.40μm,泡压范围为0.22～0.43 MPa。在大肠杆菌的去除试验中,去除率达到99.99%以上,能够有效去除饮用水中的大肠杆菌,可用于饮用水的微滤除菌应用。     

管式煤矸石—石英基陶瓷支撑体的制备研究

以石英砂和煤矸石为主要原料，采用模压成型法制备管式煤矸石—石英基陶瓷支撑体。通过XRD、SEM、三点弯曲法、压汞法、质量损失法和自制装置对陶瓷支撑体的物相组成、显微结构、抗折强度、孔径、耐酸碱腐蚀性、纯水通量等进行表征和测试。考察了原料配比、烧结温度、保温时间等因素对陶瓷支撑体性能的影响。实验结果表明：原料配比石英砂∶煤矸石∶钾长石∶羧甲基纤维素钠∶碳酸钠∶四硼酸钠=53.5∶30∶5∶5∶4∶2.5，在烧结温度850℃、保温时间30 min条件下，可制备气孔率40%、抗折强度9.17 MPa、孔径25μm、耐酸腐蚀质量损失率1.1%、耐碱腐蚀质量损失率3%、纯水通量100.7 m³·m^-2·h^-1·bar^-1的低成本管式煤矸石—石英基陶瓷支撑体。     

石英微滤陶瓷膜的制备研究

以石英砂陶瓷支撑体为基体，SiO₂粉体为固相，聚乙烯醇(PVA)为黏结剂，聚丙烯酸和丙三醇为分散相制备涂膜液，采用浸渍提拉法进行微滤膜层的涂覆制备，考察黏结剂添加量、涂膜时间、烧结温度等制备条件对石英微滤陶瓷膜性能的影响，通过孔隙率、纯水通量、SEM等方法对其进行测试和表征。结果表明：石英微滤陶瓷膜涂膜液聚乙烯醇含量为10%,涂膜时间60 s、烧结温度850℃时制备的石英微滤陶瓷膜性能较好，孔径均匀，平均孔径为1.90μm,纯水通量为9.20 m³·m^-2·h^-1·bar^-1,孔隙率为35.58%。     

烧结助剂CuO掺杂对黄土基陶瓷支撑体性能的影响

采用传统固相烧结法制备黄土基陶瓷支撑体,利用X射线衍射仪、扫描电镜等探讨烧结助剂CuO对陶瓷晶相结构、微观形貌及宏观性能的影响规律,测定了样品的抗折强度、水通量、酸碱腐蚀率等性能指标。结果表明:添加CuO能有效降低黄土基陶瓷支撑体的烧结温度。支撑体微观晶相组成主要为石英、蓝晶石和尖晶石。在固液传质作用下,陶瓷晶粒明显长大,形状改变。烧结温度为1030℃,保温2h,添加1.5wt%烧结助剂CuO的条件下制备出的管状支撑体综合性能最优,此时支撑体的抗折强度为32.19MPa、纯水通量为1590.02L·(m~2·h·MPa)~(-1)、酸碱腐蚀率为0.01/0.009。     

烧成温度对MgO-TiO2复合无机陶瓷微滤膜支撑体性能的影响

采用添加造孔剂高温烧结法制备了氧化镁-二氧化钛（MgO-TiO₂）复合无机陶瓷微滤膜支撑体。分别研究了相同烧结制度下不同最高烧结温度、相同最高烧结温度不同的烧结制度下样品的孔隙率、抗弯强度及纯水通量的变化情况。采用热重分析（TG-DSC）、电子扫描电镜（SEM）和万能试验机等对样品进行热分析、观察样品形貌及抗弯强度等性能测试。研究表明,最高烧结温度和烧结制度对样品的性能有很大影响,采用最高烧结温度为1 400 ℃、升温速率分别为4、8、2 ℃/min的1400-482烧结制度所制备的支撑体的性能最佳,孔隙率为37.57%,抗弯强度为108.65 MPa,纯水通量为4 040 L/（m²?h?MPa）。     

多孔氧化铝陶瓷膜支撑体的制备与表征

以粒径为0.5μm的超细氧化铝粉为原料,加入成孔剂和粘接剂,经干压成型及高温烧结制备出多孔氧化铝陶瓷膜支撑体。制备过程中,以纯水通量为实验指标进行正交试验,分别研究烧结温度、粘结剂含量、成型压力以及聚乙烯醇(PVA)浓度对膜性能的影响程度,并确定制备氧化铝支撑体的最佳工艺条件。使用扫描电镜(SEM)和聚乙二醇(PEG)截留实验对支撑体的微观结构和性能进行表征。实验结果表明:烧结温度和粘接剂含量对支撑体的纯水通量影响高度显著,成型压力和PVA浓度几乎无影响;加入1.75%(w)的粘接剂,80mg/mlPVA溶液2ml,采用9MPa的成型压力和1535℃的烧结温度制备的氧化铝超滤膜支撑体的纯水通量为60kg/(m2h),截留分子量(MWCO)为8 500。     

两层结构Al2O3陶瓷平板膜制备及缺陷分析

利用喷涂法成功制备出支撑体层 + 分离膜层两层结构的氧化铝陶瓷平板膜，研究 了分散剂对氧化铝膜层浆料的影响。采用扫描电镜对不同烧结温度下制得的不同厚度膜层进行 观察，利用孔径分析仪对膜层孔径进行测试，并测试了纯水通量。研究表明：PAA-NH4比 PAA 有更优的分散效果，其合适的加入量为 0.5wt%；两层结构的陶瓷平板膜合理的烧结温度为 1250?C，合理的膜层厚度为 20 μm。     

烧成氛围对多孔碳化硅支撑体耐碱性能的影响

以平均粒径为14.7μm的碳化硅为骨料、0.8μm的氧化锆为烧结助剂、7.8μm的石墨粉为造孔剂,采用干压成型法制备了多孔SiC支撑体,研究了空气、先空气后氩气(空气-氩气)、先空气后氮气(空气-氮气)、氩气、氮气烧成气氛围对多孔碳化硅支撑体耐碱性能等的影响。结果表明:在空气-氩气氛围下烧成,得到的多孔碳化硅支撑体综合性能最优。当惰性气氛起始烧成温度为1 100℃、煅烧终温为1 400℃时,制备的多孔碳化硅支撑体的平均孔径为1.9μm,孔隙率为45%,抗弯强度为40 MPa,纯水渗透率为165 m~3×m~(-2)×h~(-1)×MPa~(-1)。经80℃,1%(质量分数)的Na OH溶液腐蚀10 d后,多孔碳化硅支撑体的抗弯强度仍保持在30 MPa。