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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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).     

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。     

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-生物反应器处理生活污水的研究

用陶瓷微滤膜组装的膜生物反应器 ,在低流速下对生活污水进行处理。选择了适宜膜孔径的微滤膜 ,制定了一套有效的陶瓷膜恢复方法。在膜面流速为 1 .6m/s,操作压差为 0 .1 MPa条件下 ,研究了絮凝剂加入对过程稳定通量的影响。结果表明 :无絮凝剂时膜稳定通量为 89.2 L· m- 2 · h- 1· MPa- 1,易引起多通道的堵塞。添加不同量 Fe Cl3絮凝剂后 ,膜稳定通量分别提高了 1 2 2 .9%、2 38.0 %。     

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。     

膜材料结构特性对污水深度超滤过程的影响

考察了聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺(PA)等6种材质超滤膜的膜材料结构特性,分别以二级处理水为原水,研究了不同膜材料性质对污水深度超滤过程的影响.结果表明,在膜过滤过程中最初的通量衰减主要原因是表面污染而发生膜孔堵塞,造成膜孔密度下降,而过滤后期发生孔径窄化是其通量衰减的主要原因.膜的孔径分布越宽、孔形越规则越易发生膜孔堵塞污染,造成膜孔密度下降,其过滤初期通量衰减会越快;膜孔孔形越不规则越易发生膜孔内部污染,造成膜孔孔径窄化,在过滤末期通量衰减较快.     

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     

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。     

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.