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。     

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。     

动态膜处理污水时阻力分布及污染机理

对高岭土动态膜处理污水过程中膜污染阻力分布及膜污染机理进行了研究。通过测定和计算得知不同操作条件下各部分阻力的比例及其变化情况。动态膜过滤污水的阻力主要由动态膜膜孔堵塞阻力和膜面污染层阻力所控制。随着错流速度的增大,总阻力减小,各部分阻力的比例有所变化,但动态膜膜孔堵塞阻力和膜面污染层阻力依然占主导地位。利用传统膜过滤时有关膜污染的堵塞模型和滤饼过滤模型对动态膜处理污水时的实验数据进行分析,结果表明,动态膜过滤污水过程中,过滤初期约10 min左右,污染以膜的微孔堵塞为主,此后,膜的污染情况因操作条件不同而有所差异,影响最显著因素为错流速度,当错流速度较小时,膜的污染以膜面沉积污染物为主,符合滤饼过滤模型。适当提高错流速度有利于减小过滤阻力。     

陶瓷膜在饮用水处理中的应用与膜污染控制

陶瓷膜技术在水处理领域快速普及,与有机膜相比陶瓷膜在使用寿命、抗污性、稳定性等方面具有显著优势,陶瓷膜市场规模和复合年增长率预计在2021-2025年将达到30.9亿美元和11.31％.文章重点介绍了陶瓷膜在饮用水处理中的应用和发展,阐明了膜污染机理以及控制策略.此外,对陶瓷膜未来的市场前景和研究方向进行了分析.     

浸浆制备过程中陶瓷膜厚度控制及其模型化

在毛细过滤和薄膜形成机理的基础上,采用化学工程实验与模型化方法,对浸浆成型法制备多孔α-Al₂O₃陶瓷膜过程中,膜厚与影响因素之间的关系进行了理论分析和实验研究. 结果表明：膜厚受到制膜液粉体浓度、制膜液黏度、粉体粒径大小、载体纯水渗透性能以及涂膜过程中浸浆时间和载体提升速度等因素的影响. 通过膜厚与影响因素间的数学模拟,建立了膜厚控制模型. 并以ZrO₂粉体为原料,采用相同方法制备ZrO₂陶瓷膜对模型进行了验证,模拟计算值与实测值基本一致.     

多孔陶瓷膜烟气水分回收理论与模型研究

化石燃料燃烧烟气中含有大量水分和潜热,高湿度烟气的直接排放造成极大的资源浪费和环境问题。多孔陶瓷膜是目前烟气水热回收最有前景的技术之一,其水分回收热力学和动力学的定量描述是该技术发展和装置设计的关键所在。分析了水分在多孔陶瓷膜表面及内部传质机理,基于Kelvin理论建立了水分在陶瓷膜内毛细凝聚热力学模型,并选取典型烟气温/湿度条件,得出不同工况下陶瓷膜发生毛细凝聚的临界孔径、凝聚水量及工作孔体积占比;进而基于毛细凝聚的表面传质和孔道输运Hagen-Poiseuille方程建立了陶瓷膜水分传质动力学模型,对典型温/湿度工况下回收水通量进行了计算,结果表明,多孔陶瓷膜的毛细凝聚效应对烟气水分回收的优越性十分明显,其表面回水通量远远大于冷凝法的水通量,孔径越小,表面水通量越高,但及时将孔道内的液态水输运到陶瓷膜另一侧需要的压差也越大,本文计算条件下,膜孔径为20.0 nm的陶瓷膜较为适宜。     

多孔陶瓷膜烟气水分回收理论与模型研究

化石燃料燃烧烟气中含有大量水分和潜热,高湿度烟气的直接排放造成极大的资源浪费和环境问题。多孔陶瓷膜是目前烟气水热回收最有前景的技术之一,其水分回收热力学和动力学的定量描述是该技术发展和装置设计的关键所在。分析了水分在多孔陶瓷膜表面及内部传质机理,基于Kelvin理论建立了水分在陶瓷膜内毛细凝聚热力学模型,并选取典型烟气温/湿度条件,得出不同工况下陶瓷膜发生毛细凝聚的临界孔径、凝聚水量及工作孔体积占比;进而基于毛细凝聚的表面传质和孔道输运Hagen-Poiseuille方程建立了陶瓷膜水分传质动力学模型,对典型温/湿度工况下回收水通量进行了计算,结果表明,多孔陶瓷膜的毛细凝聚效应对烟气水分回收的优越性十分明显,其表面回水通量远远大于冷凝法的水通量,孔径越小,表面水通量越高,但及时将孔道内的液态水输运到陶瓷膜另一侧需要的压差也越大,本文计算条件下,膜孔径为20.0 nm的陶瓷膜较为适宜。     

高温烟尘净化用孔梯度陶瓷膜材料的设计与制备

依据高温含尘气体净化环境对孔梯度陶瓷膜的要求,进行了陶瓷纤维复合膜材料的物系设计,确定孔梯度陶瓷膜材料的构成体系;同时根据陶瓷膜的分离机理和分离特性,对孔梯度陶瓷膜的孔梯度结构进行设计.最后对所设计的体系和孔梯度结构进行了工艺实现.     

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.     

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     

陶瓷膜材料发展现状分析研究

相比于传统聚合物分离膜材料,具有大量非对称贯通的微细孔结构的陶瓷膜材料因分离效率高、耐化学腐蚀性强、以及耐高温等优点被广泛应用于液固分离、气固分离、水处理以及节能环保等领域。本文针对陶瓷膜材料的发展,详细介绍了陶瓷膜的材料体系,对比了不同制备方法的优缺点;总结了当前陶瓷膜材料的种类和应用领域,对国内外陶瓷膜的研究现状及现存问题进行了分析,并从市场需求、产业规模、性能提升等方面提出建议,对陶瓷膜产业的发展具有一定的指导意义。     

加压和超临界流体在多孔膜中的渗透

考察加压和超临界流体在多孔膜中渗透过程的各种影响因素并进行模型分析,对深入认识过程的传质机理、开发普遍适用的数学模型有重要意义。首先实验测定了不同温度、压力和压差条件下,He、N2和CO2在多孔陶瓷膜中的渗透率,考察了各主要影响因素。以二项尘气模型为基础,考虑到流体枯度随压力的变化,特别是近临界区流体枯度可能出现的突变,对模型进行了修正,建立了新的模型表达式。理论分析与实验结果表明,加压和超临界条件下,由于He的粘度变化甚微,其渗透过程仍然符合二项尘气模型,而对于N2需要考虑粘度随压力变化对渗透率计算结果的影响。由于近临界区相交的作用,CO2在多孔膜中的渗透过程出现奇异现象;而在低压和高压条件下,本研究建立的渗透模型与实验结果十分吻合。     

炮孔爆破堵塞研究现状及存在的问题(二)

总结和分析了炮孔堵塞机理、堵塞长度、堵塞物运动规律、堵塞材料性质、堵塞作用对爆破效果影响、炮孔堵塞数值模拟及炮孔堵塞研究存在的问题等。研究结果对改善爆破效果有一定的参考价值。     

纯气体在非晶态高分子膜内的吸收机理模型(Ⅰ)理论

提出了一个描述非晶态高分子膜结构特征的模糊数学模型.基于这一模型,作者认为,橡胶态膜内也存在“特征微孔”,并且比玻璃态膜更多.该两种膜的主要吸收机理都是“充孔”机理.运用分子热力学原理,导出了一个普遍化吸收机理模型.本模型假设,非晶态高分子膜内存在两种“格位”,它们对渗透分子的作用各不相同.适用于玻璃态膜的双方式吸收模型和适用于橡胶态膜的Henry定律在这一模型中得到了统一,模型参数也从分子数量级上获得了明确的解释.     

同时煅烧硫化反应中石灰石微观孔结构演变特性

采用自制恒温热重实验装置,测试了石灰石同时煅烧硫化反应的煅烧动力学特性和颗粒孔结构演变特性,探讨了孔结构演变机理。当煅烧环境中存在SO₂时,石灰石颗粒煅烧的同时发生硫化反应。煅烧环境中SO₂的存在降低了石灰石煅烧速率。与纯煅烧相比,同时煅烧硫化反应的比表面积和比孔容增长均较慢,比表面积和比孔容分布曲线均较低,且在反应后期直径2～8 nm内小孔的比表面积和比孔容随时间降低。提出了描述石灰石同时煅烧硫化反应过程中微观孔结构演变的模型：石灰石颗粒的煅烧由颗粒的表面向内进行,在煅烧前期（0～75 s）,少量CaSO₄在CaO表面生成,小部分孔隙被CaSO₄堵塞,CaSO₄对煅烧速率和孔结构的影响较小;在煅烧中期（75～225 s）,CaSO₄厚度和覆盖面积不断增加,堵塞孔体积增加,CO₂的扩散阻力增加,导致石灰石的煅烧速率下降;煅烧后期（225～300 s）,由于CaSO₄的不断积累,孔隙堵塞加剧,且堵塞主要发生在小孔上。对煅烧过程堵塞孔体积的计算表明,在煅烧前期和中期孔堵塞现象已经发生,在反应后期孔堵塞体积快速增加。     

炮孔爆破堵塞研究现状及存在的问题(一)

在岩土爆破中,炮孔堵塞质量是影响爆破效果的重要因素之一。本文总结和分析了炮孔堵塞机理、堵塞长度、堵塞物运动规律、堵塞材料性质、堵塞作用对爆破效果影响、炮孔堵塞数值模拟及炮孔堵塞研究存在的问题等。研究结果对改善爆破效果有一定的参考价值。     

炭分子筛膜气体分离传递机理研究的新进展

炭分子筛膜由于其本身具备的独特优势以及其在气体分离方面的应用潜力,已引起了世人的关注.但对炭分子筛膜分离机理特别是传递过程机理研究的不足限制了其发展.本文介绍炭分子筛膜气体分离机理特别是传递过程机理研究的最新进展,包括针对制备方法不同所建立的气体传递机理模型,如Maxwell模型和Bruggeman模型;详细介绍了两种孔结构模型平行阻力模型和阻力串联模型.在此基础上,分析了各模型中存在的问题和不足,认为需要对炭分子筛膜进行进一步的完善并建立合理的传递机理模型,才能推动炭分子筛膜用于气体分离的进程.     

以PMMA为模板剂制备大孔ZrO_2膜的研究

提高陶瓷膜孔隙率是高性能陶瓷膜制备的重要研究方面,有序大孔材料具有很高的孔隙率。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为成孔模板剂,采用抽滤和重力沉积的组装方法制备了对称的大孔ZrO2膜。实验考察了制膜液的合成条件,通过调节模板剂和ZrO2粒子的电性制得了稳定的制膜液。同时用浸浆法在A l2O3多孔支撑体上制备了非对称大孔ZrO2膜。制得的对称大孔ZrO2膜的孔隙率达到了62%。扫描电子显微镜(SEM)照片显示制备出的ZrO2膜孔径均一,孔排列规则,具有很大的孔隙率。     

微孔过滤介质污染中的堵塞研究

在堵塞实验的基础上对微孔过滤介质污染中的堵塞机理进行了理论分析。对传统阻力模型进行改进,引入无因次系数堵塞阻比KP、定值阻比Km,考察堵塞原因。实验结果表明:堵塞为介质自身特征、操作条件所共同控制,微孔过滤介质堵塞符合一般性堵塞至中间堵塞,最后至完全堵塞的过程。堵塞阻比变化总是趋于缓和,即堵塞在微孔介质污染中趋于稳定。改进的模型较好地反映了微孔过滤介质的堵塞现象。     

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。