面向过程的陶瓷膜材料设计理论与方法(Ⅰ)膜性能与微观结构关系模型的建立

提出了面向过程的陶瓷膜设计基本研究框架,分析了膜的孔径分布与悬浮液颗粒体系粒径分布对过滤过程的影响,提出采用堵塞因子来表征膜的初始堵塞污染情况,建立了颗粒体系微滤过程中的膜微观结构与性能关系新模型,不仅可以计算膜通量随时间的变化,且能预测陶瓷膜结构参数对膜通量的影响.模拟结果与实验值有较好的一致性.     

致密超细球形氧化铝制备性能良好的陶瓷超滤膜

热等离子体制备的超细球形氧化铝具有表面致密光滑、分散性好等特点，本工作以超细球形氧化铝为原料，通过浸渍提拉烧结法，制备了孔径分布窄、渗透通量高的陶瓷超滤膜，研究了烧结温度对陶瓷膜微孔结构的演化、孔径分布和渗透通量的影响。随后对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理，采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程。结果表明，通过调节烧结温度调控陶瓷膜的微孔结构，当烧结温度为1250℃时，陶瓷膜的孔径分布较窄，孔径大小为25?65 nm，渗透通量为986.4 L/(m2?h)。超细球形氧化铝粒径分布较窄及表面致密光滑有助于1250℃下烧结形成均匀的烧结颈，提供了陶瓷膜较窄的孔径分布。对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理后其浊度下降为0.231 NTU，浊度去除率达99.96%。采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程，结果表明，纳米硅水分散液的堵塞模型是滤饼过滤，属于可逆污染。     

超声强化多通道陶瓷膜微滤超细TiO2悬浮液

针对超声强化膜分离过程能耗高的问题,提出并设计了一种新型超声强化膜分离操作方式,并进行了超声强化陶瓷膜微滤超细TiO₂颗粒悬浮液的研究。考察了超声场参数、操作时间及溶液环境对多通道陶瓷膜微滤过程的影响规律,并分析了此操作方式强化陶瓷膜微滤颗粒悬浮体系的机理。结果表明,该操作方式能够获得较高膜通量恢复率及平均膜通量,同时超声能量消耗减小了90.0%以上;降低超声频率及提高功率,有利于膜通量恢复,在超声参数45 kHz和0.33 W·cm^-2条件下,膜通量恢复到初始值的94.0%;控制超声辐射时间0.167 min,微滤时间8 min时,平均膜通量提高了61.5%;降低悬浮液颗粒浓度及提高料液温度都有利于超声场强化陶瓷膜微滤过程。     

面向过程的陶瓷膜材料设计理论与方法(Ⅲ)钛白分离用陶瓷膜的优化设计与制备

针对钛白粉悬浮体系的分离回收,根据理论模型对陶瓷膜的结构(膜平均孔径)进行了优化设计,并采用粒子烧结法制备了所设计孔径的氧化铝陶瓷膜.通过与其他陶瓷膜的过滤实验对比表明,模型优化设计并制备得到的陶瓷膜具有较高的过滤通量,孔径与通量关系计算值与实验结果有较好的一致性,初步实现了面向应用过程的陶瓷膜的设计与应用.     

面向过程的陶瓷膜材料设计理论与方法(Ⅱ)颗粒体系微滤过程中膜结构参数影响预测

以所建立的颗粒体系微滤过程中膜结构参数与渗透性能关系模型为基础,在膜孔径和颗粒粒径均为正态分布的理想条件下对膜孔径、膜厚度、孔隙率对膜稳态通量的影响进行模拟计算.结果表明：对于颗粒悬浮体系的分离存在最优膜孔径使膜通量最大,该最优孔径随颗粒平均粒径增大、颗粒粒径分布变窄而有所增大.模拟计算结果有助于深入理解膜微观结构对宏观性能的影响.     

面向应用过程的陶瓷膜设计方法

无机陶瓷膜以其优良的材料性能获得了广泛的应用。由于膜品种的定型化 ,使膜应用研究受到一定的限制。面向应用过程来设计最优性能陶瓷膜将会是一个重要的发展方向。在提出面向应用过程的陶瓷膜设计基本研究框架基础上 ,以颗粒体系为对象 ,建立起包含膜结构参数的微滤模型 ,考察膜孔径、厚度、孔隙率等结构参数对微滤性能的影响 ,从而从理论上建立颗粒体系微滤过程中最优膜的选择方法     

平板陶瓷膜的渗透性能实验研究

无机陶瓷膜的渗透性能对于膜的研究有重要的意义。为了解在不考虑膜孔堵塞及滤液颗粒粒径大小的情况下陶瓷膜通量随时间的变化规律,通过选用含有部分杂质的家用自来水进行过滤试验,得出通量的基本变化趋势。通过对实验数据进行拟合,建立膜参数和滤液确定时通量随时间变化规律的函数式。利用其他多组实验数据对函数式进行验证分析,证明了拟合的函数式具有通用性,可以在实际应用中预测陶瓷膜通量随时间的变化趋势,为膜的反清洗方案提供理论支持。     

颗粒粒径和膜孔径对陶瓷膜微滤微米级颗粒悬浮液的影响

通过测定颗粒悬浮液通过陶瓷微滤膜时的参透通量及污染阻力,确定了陶瓷膜处理微米级颗粒悬浮液时,颗粒粒径和膜孔径对微滤过程的影响和膜污染机理,获得了微米级颗粒悬浮液微滤过程中膜孔径的选择方法。     

盐水中沉淀物对气升式陶瓷膜过滤性能的影响

采用化学沉淀法进行盐水精制是氯碱工业的关键过程之一.今采用陶瓷膜脱除盐水中的沉淀物,考察了气升条件下盐水中化学沉淀物(CaCO3、BaSO4、Mg(OH)2)对陶瓷膜过滤过程的影响.结果表明,曝气对三种体系均可显著提高膜的渗透通量,含CaCO3盐水体系的膜通量与含BaSO4体系相当,是含Mg(OH)2体系膜通量的1.5倍;当曝气量大于300 L?h?1时,进一步增大曝气量对含CaCO3、BaSO4体系的盐水渗透通量影响不大,但可使含Mg(OH)2体系盐水渗透通量提高50%以上;跨膜压差与通量基本呈线性增大关系,跨膜压差对CaCO3、BaSO4体系通量的影响大于对Mg(OH)2体系的影响;固含量增大,由于体系黏度显著增大,使三种体系的膜通量均呈下降趋势,含Mg(OH)2体系的通量下降最大.对盐水中沉淀物的分析结果表明,方解石相的CaCO3颗粒分散均匀,粒径为16.08μm,表面电势为?16.5 mV;重晶石相的BaSO4颗粒粒径在2.18μm左右,表面电势为?33 mV;而无定形的Mg(OH)2颗粒粒径分布宽,平均粒径1.59μm,表面电势为?18 mV.由于粒径与荷电性的双重作用,使得CaCO3、BaSO4体系膜过滤阻力相近,小于Mg(OH)2体系的膜过滤阻力;钙镁离子共沉淀中,随着钙离子量的增大,膜过滤通量增大.     

原料颗粒形状对粉煤灰基陶瓷微滤膜通量的影响

以球形颗粒和非球形颗粒粉煤灰为原料,制备了对称陶瓷膜。讨论了膜的渗透性能。结果表明,膜的纯水通量和成膜颗粒的球形度成正比,球形颗粒制备的陶瓷膜平均孔径0.94μm,在0.1 MPa的跨膜压差下,纯水通量为11 306 L/(m²·h),为非球形颗粒制备的陶瓷膜通量的1.13倍。球形颗粒粉煤灰同时表现出低成本原料优势和高通量颗粒形状优势。     

原料颗粒形状对粉煤灰基陶瓷微滤膜通量的影响

以球形颗粒和非球形颗粒粉煤灰为原料,制备了对称陶瓷膜。讨论了膜的渗透性能。结果表明,膜的纯水通量和成膜颗粒的球形度成正比,球形颗粒制备的陶瓷膜平均孔径0.94μm,在0.1 MPa的跨膜压差下,纯水通量为11 306 L/(m~2·h),为非球形颗粒制备的陶瓷膜通量的1.13倍。球形颗粒粉煤灰同时表现出低成本原料优势和高通量颗粒形状优势。     

陶瓷膜澄清厚朴水提液膜污染机理的研究

采用一个经典模型描述了厚朴水提液过滤过程中的通量衰减,通过模型参数分析了膜的污染机理。分析结果表明孔径为50,200,500 nm的陶瓷膜主要由"完全孔堵塞"机理、"滤饼过滤"机理和"部分孔堵塞"机理控制;通过此污染机理的分析来指导膜清洗,孔径为50,200,500 nm的陶瓷膜清洗后分别恢复了84.5%,89.4%和90.0%左右;实验表明孔径为200 nm的陶瓷膜较适合厚朴水提液体系。     

陶瓷膜生物反应器处理生活污水膜污染机理的研究

采用一个经典模型描述了陶瓷膜生物反应器处理生活污水过程中的通量衰减,通过模型参数分析了膜的污染机理。分析结果表明,孔径为50、200和500nm的陶瓷膜主要由“部分孔堵塞”机理、“完全孔堵塞”机理和“部分孔堵塞”机理控制。     

陶瓷膜分离钛硅分子筛的实验与模型计算

在面向过程的陶瓷膜材料设计理论模型的基础上,以TS-1钛硅分子筛悬浮液固液分离为应用体系,计算了陶瓷膜分离过程的操作条件与渗透性能的关系,与实验结果有良好的一致性.计算表明,对于平均粒径为290 nm的钛硅分子筛体系,陶瓷膜存在最优孔径区间(200~300 nm),使膜保持高渗透通量.孔径小于200 nm时膜通量随孔径增大而增大,孔径大于300 nm时膜通量随孔径增大而减小;采用孔径为200 nm的陶瓷膜过滤钛硅分子筛,渗透通量随时间的变化关系与模型预测结果一致,稳定通量达到800 L/(m2.h).     

关于中药水提液的粘度特征及其与膜通量的相关性初步研究

研究中药水提液的粘度对无机陶瓷膜微滤中药水提液膜通量的影响及中药水提液在微滤前后粘度变化规律。制备约200种中药（单味及复方）水提液为实验体系,在温度、压力、膜面流速恒定的条件下分别过0．2μmZrO2无机陶瓷膜,测定不同中药水提液的膜稳定通量及微滤前原液、微滤后渗透液、截留液的粘度,并用SPSS对它们的相关性进行分析。结果表明中药水提液的粘度与膜稳定通量有很大的相关性,微滤后渗透液的粘度减小且不同水提液粘度差异性变小,截留液粘度增大、且截留液粘度、粘度变化率与原液粘度呈高度显著线形相关。粘度是影响无机陶瓷膜微滤中药水提液膜通量的关键因素,在中药膜污染的防治过程中可通过提取路线的设计或对药液进行预处理降低药液的粘度从而提高膜通量,减少膜污染。     

不同预处理方法对无机陶瓷膜精制甘草水提液膜过程的影响研究

探讨不同预处理方法对无机陶瓷膜精制甘草水提液膜分离过程的影响。以甘草水提液为实验体系,采取调节pH值、絮凝、离心和粗滤作为预处理方法,考察0.2μm Al2O3无机陶瓷膜微滤经预处理后的甘草水提液时的膜通量、膜污染度、膜阻力分布、指标性成分甘草酸的保留率。表明pH7时膜稳定通量较大;粗滤、离心和调节pH7时甘草酸的保留率较高,壳聚糖絮凝时甘草酸的保留率最低。不同的预处理方法对甘草的膜精制过程具有不同的影响,高速离心和调节pH值是甘草水提液膜分离工艺中较好的两种预处理方法。     

低温烧结碳化硅陶瓷分离膜的制备及其油水分离性能（英文）

碳化硅陶瓷分离膜具有高亲水性、耐化学腐蚀、抗膜污染等优异性能,在大宗废水、强腐蚀废水、高温废水等的高效处理中受到广泛的关注。然而,碳化硅是典型的强共价键化合物,碳化硅陶瓷膜制备过程具有烧结温度高、制备能耗大等问题。本文采用优选的低熔点化合物作为烧结助剂,经1 000℃烧结制备了高强度、孔径均匀的碳化硅陶瓷分离膜。研究了烧结助剂含量对碳化硅陶瓷膜微观结构、孔径分布、相组成及油水分离性能等的影响。研究表明,低熔点烧结助剂连接碳化硅颗粒形成陶瓷的骨架结构,随着烧结助剂含量从10%（质量分数）增加到30%,碳化硅陶瓷膜的孔隙率从42%降低到35%,同时平均孔径从3.5μm降低到2.1μm,成孔模式由碳化硅颗粒堆积过渡到烧结助剂成孔。纯水实验表明,烧结助剂含量为30%时,随着跨膜压差从0.2 bar增加到0.5 bar碳化硅陶瓷膜的分离通量从120 L/（m²·h）增加到306 L/（m²·h）;油水分离实验表明,当跨膜压力差为0.2 bar时碳化硅陶瓷膜的截留率和分离通量分别为93.3%和123 L/（m²·h）。     

碳化硅陶瓷膜处理采油污水的中试试验

用0.02μm的多通道非对称性碳化硅陶瓷膜对采油污水进行了现场中试。在各种运行条件下,陶瓷膜出水SS<1.0 mg/L,油<10 mg/L,粒径中值<1.0μm。还考察了不同运行条件下陶瓷膜膜通量和跨膜压差的变化,以及强化混凝过滤对膜通量的影响。根据试验结果对陶瓷膜在采油污水处理中的进一步研究提出了建议,并对其工程应用前景进行了展望。     

单通道陶瓷膜管低压透水性能实验分析

无机陶瓷膜作为多孔介质具有分离效率高、耐酸、耐碱等优点，被视为在海水淡化、废水处理、气体分离等领域的研究热点。采用Al₂O₃管式单通道陶瓷膜材料构建膜组件，以燃煤电厂自来水、烟气冷凝水、脱硫废水三种不同水质为例，开展低跨膜压差下的膜组件透水性能实验，研究了膜参数、跨膜压差及水体温度等因素对渗透通量、渗透水质的影响，并对引发膜污染的机理过程进行了探讨分析。实验结果表明：陶瓷膜管的结构参数是关键因素，如孔隙率、孔径及厚度等；低跨膜压差下的渗透通量随压力增大呈线性提高，并未发现浓差极化现象，水体温度变化通过改变黏度进而影响渗透通量，同时水质较差时会导致渗透通量降低；陶瓷膜管的孔径是影响渗透水质的核心要素，微滤与纳滤膜对改善悬浮物含量、浊度及色度效果明显，不同孔径对盐度、电导率影响不同；从SEM图可以看出，污染物在膜表面或膜内部发生的沉积、架桥等现象导致严重的膜污染。充分认识影响陶瓷膜管渗透特性的关键因素及污染物的作用机理，对提高无机陶瓷膜的应用前景具有重要意义。     

陶瓷微滤膜澄清钛白废酸研究

针对钛白废酸的资源化 ,采用陶瓷膜微滤澄清钛白废酸 ,为进一步扩散渗析回收硫酸提供预处理。研究了操作条件如压力、流速、质量浓度、温度等对过程的影响。研究表明陶瓷膜过滤钛白废酸具有很好的澄清效果 ,渗透液浊度小于 0 .5NTU ;废酸中较高质量浓度的硫酸亚铁使温度对过滤的影响复杂化 ,温度降低会使其在膜孔内发生结晶 ,产生难以恢复的堵塞 ;采用 5mg/kg以下的改性聚丙烯酰胺絮凝可以使膜通量有所提高 ,过多的絮凝剂会使膜产生吸附污染而降低通量。其他过程参数对膜通量有一定的影响