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.     

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).     

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     

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.     

陶瓷膜过滤细微颗粒悬浮体系的数学模拟

通过对陶瓷膜过滤悬浮液过程中单颗粒的受力分析,获得了可沉积颗粒临界粒径(xcrit)的计算公式.计算的xcrit值与实验测定的沉积层内的粒径分布一致:随颗粒粒径的增大, xcrit呈先增大后减小的趋势. 在讨论xcrit与颗粒粒径(dp)、膜孔径(dm)关系的基础上,将微滤过程按dp/dm的比值分为三种类型:dp/dm≤1, 颗粒迅速阻塞膜孔;1＜dp/dm≤10 ,颗粒在膜表面形成连续滤饼;dp/dm》10,颗粒对膜孔口覆盖,在膜表面形成不连续滤饼.并以此为基础建立了预测陶瓷膜过滤不同粒径和粒径分布的颗粒悬浮液渗透通量的数学模型.计算结果与实验结果的比较表明:本模型对文献模型的改进之处是适用范围从1＜dp/dm≤10扩展到0.48≤dp/dm≤120;在操作压力对渗透通量的影响计算中,假设滤饼层孔隙率不变的计算结果与实验结果一致,说明此体系的滤饼是不可压缩的;在错流速率对渗透通量的影响计算中,假定滤饼层孔隙率随错流速率成指数变化的计算结果比假定沉积层孔隙率随错流速率不变的计算结果好,说明错流速率的变化同时影响滤饼层内颗粒的粒径分布和其形成的滤饼层的结构.     

错流微滤制备动态膜过程中细微颗粒沉积机理

以煤基炭膜为基膜,以ZrO₂为涂膜颗粒,在实验研究的基础上对错流微滤过程中沉积颗粒进行受力分析,分别建立径向颗粒的可能沉积临界粒径模型、轴向上颗粒的可能移动临界粒径模型和圆周方向的颗粒可能滚动临界粒径模型。并以温度、错流速率、渗透通量为主要影响参数,分别对3种临界粒径模型进行模拟研究,探讨颗粒沉积机理。结果表明,压力增大(渗透通量提高)、温度降低以及错流速度降低,都可增大动态膜层厚度;由于净重力的影响,在水平膜管内圆周方向动态膜膜层厚度分布不均匀通过增加错流速率可明显减小此种差异;模拟结果与实验结果的一致性证实了所建模型的可靠性。     

溶液环境对陶瓷膜微滤微米级颗粒悬浮液的影响

本文研究了溶液环境对陶瓷微滤膜处理微米,亚微米级颗粒悬浮液过程的影响,通过测定电解质溶液种类,浓度对微滤过程渗透通量的影响,及溶液环境对微滤过程影响随颗粒粒径,膜孔径的变化,确定了溶液环境对微滤过程的影响主要是由于其引起了颗粒表面Ｚｅｔａ电位的变化,改变了颗粒在溶液中的分散情况,并引起了决定膜通量的颗粒粒径／膜孔径比值的变化,从而改变了微滤过程。     

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。     

陶瓷膜在高浊度给水处理中的试验研究

为了应对给水厂可能存在的高浊度水源风险,研究了陶瓷膜通量的变化规律,以及陶瓷膜过滤对原水浊度、颗粒数的去除效果。结果表明,膜通量基本随膜孔径增大呈上升趋势,过滤初期膜通量下降很快,运行10 min后逐渐稳定。当水源浊度为12 NTU时,4种孔径的膜通量较大,约为500～600L.m-.2h-1;当水源浊度升高为50～500NTU时,4种孔径的膜通量会变小,约为300～400 L.m-.2h-1。陶瓷膜的出水浊度随膜孔径的增大变化不明显,当水源浊度为12～500 NTU时,4种孔径陶瓷膜的出水浊度相近,约为0.1 NTU。>2μm的膜出水颗粒以2～5μm为主,约占总颗粒数的80%。当水源浊度为500 NTU时,5、10 nm孔径膜出水颗粒数变化不大,>2μm颗粒数约为30～80 CNT.mL-1,50、100 nm孔径膜出水>2μm颗粒数分别为215、346 CNT.mL-1。     

新型气隙式膜蒸馏组件脱盐过程

利用基于聚丙烯中空纤维膜和聚丙烯中空纤维换热管的新型能量回收式膜组件(AGMD-HF),以70 g·L^-1的氯化钠溶液为研究对象,考察了膜组件长度和膜孔径大小对膜组件脱盐性能的影响。为直接衡量操作条件、组件参数以及温差、浓差极化现象对传质系数的影响,引入总传质系数,并研究进料温度和膜孔径对总传质系数的影响。实验结果表明,总传质系数随着温度的升高、膜孔径的增大而增大,提高膜孔径可有效提高总传质系数,同时可有效提高通量和造水比。通量随组件长度的增大而减小,而造水比增大,因此在应用过程中可综合考虑通量和造水比以便选择合适的组件长度。     

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     

水泥粒径分布对水泥石孔结构与强度的影响

通过计算不同粒径分布水泥样品的堆积密度和测定水泥石强度和孔结构,探讨水泥粒径分布对水泥石强度和结构的影响。研究表明：适当的水泥粒径分布可以使水泥具有最佳的堆积密度,并使水泥水化物的生成量与水泥浆初始孔隙量相匹配,从而得到孔隙率较小的密实而均匀的水泥石,使水泥石的性能提高。     

快速膜乳化法制备尺寸均一及结构可控聚苯乙烯微粒

以苯乙烯为单体、二乙烯基苯为交联剂,采用快速膜乳化法制备了聚苯乙烯微粒,对其粒径分布、制备重复性、颗粒结构进行了表征,并考察了致孔剂种类及用量对不同粒径颗粒形态结构的影响规律. 结果表明,聚苯乙烯颗粒粒径与所用膜孔径呈线性关系,最佳乳化压力与膜孔径呈反函数关系. 优化工艺条件下所制颗粒粒径为1~6 mm,粒径分布系数均小于0.8,批次相对标准偏差低于3%. 体积效应对小粒径颗粒的成型结构影响较大;粒径越小,颗粒成型时致孔剂与聚合物间的相分离程度越低,颗粒粒径小于2 mm时液体石蜡无法形成完整颗粒,颗粒粒径大于2 mm时十六烷用量在60%(w)以下才能形成大孔结构.     

多孔陶瓷分离膜支撑体的制备研究

采用氧化铝为主要原料制备出多孔陶瓷分离膜支撑体,对原料粉体做了TG/DSC曲线分析,研究了支撑体的烧结温度对收缩率的影响及烧结温度、保温时间和原料粉体粒径对孔结构、孔径的影响,造孔剂用量对孔隙率的影响。结果表明：在烧结温度为1200℃,保温时间4h,控制造孔剂用量大于20%时,制备出孔径分布均匀,孔隙率大于50%,符合透水要求的多孔陶瓷分离膜支撑体。     

Effect of Pore Size and Particle Size Distribution on Granular Bed Filtration and Microfiltration

Abstract

The paper reviews the effect of particle size distribution and pore size distribution on granular bed filter and crossflow microfiltration performance. The experimental results of the granular bed filter with pollen particles in suspension showed that the presence of large particles improved the filter efficiency of smaller particles in suspension. Microfiltration results with bi and tri‐modal latex suspensions showed that the permeate flux and the quality were significantly affected by the particle size and its distribution, especially when the particle size was smaller than the pore size of the membrane. The mathematical model simulation results of granular bed filtration show that media pore size distribution is an important parameter of filtration for the particle removal and pressure drop across the filter.     

仿生制备SiO2分离膜的实验

以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在溶液中的自组装胶束为有机模板,对无机前躯体正硅酸乙酯(TEOS)的水解缩聚过程进行调控,于SiO2 无机膜中复制出了具有自组装体形状的三维孔结构。孔径分布测定结果表明优化物料条件下制备出的非担载SiO2 膜具有 1. 8nm的最可几孔径,平均孔径为 5. 3nm。对比传统的sol gel制膜方法,其孔径分布不受灼烧条件的影响。该膜的广角XRD分析结果表明组成介孔壁面的SiO2 为非晶型结构,该膜的小角度XRD分析结果进一步表明,膜内介孔道的排列形式为三维空间上的无序网络结构。将优化物料条件下的混合物旋涂于多孔Al2O3 陶瓷载体上,进一步制备出了SiO2 分离膜,该膜的SEM表征和气体渗透性能测定结果表明其完整性能较好。     

支撑体孔径大小对Al2O3微滤膜完整性的影响

无机微滤膜不仅具有优良的热稳定性、机械稳定性和结构稳定性,而且化学稳定性高,耐腐蚀,不会被微生物分解,使用寿命较长,易于清洗和再生,更重要是无机微滤膜无毒．因此,它在食品、生化制药、催化反应等领域中作为物料的预处理和催化载体有着广阔的应用前景．然而,无机微滤膜真正起作用的是一层薄膜,