制备工艺对Al_2O_3纳滤膜的结构及过滤性能的影响

采用异丙醇铝水解制备勃姆石(Al OOH)溶胶,并将其涂覆于Al_2O_3支撑体上制备Al_2O_3纳滤膜,研究了制备工艺对Al_2O_3纳滤膜结构与性能的影响。结果表明:水解温度为80℃时制备的AlOOH溶胶的水合粒径较小且均匀稳定,经700℃热处理后得到的Al_2O_3颗粒球形度好、粒径分布范围窄,平均粒径为13.6 nm,所得Al_2O_3纳滤膜的孔隙率为54.28%,孔径约5 nm。以聚乙烯醇(PVA)为增稠剂能改善Al OOH溶胶的成膜性能并调节膜层厚度。PVA含量为0.50%(质量分数)时,Al_2O_3纳滤膜的膜层厚度为0.95μm,相应纯水通量达到287.6 L/(m2·h·MPa),在高效分离、精细提纯、净化等领域应用较广。     

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。     

一步成型制备非对称多孔YSZ中空纤维陶瓷膜

采用有机相转化与固态粒子烧结法相结合,通过一步成型制备了非对称多孔氧化钇稳定氧化锆(YSZ)中空纤维陶瓷膜。SEM微观结构分析表明,制备的YSZ中空纤维陶瓷膜为非对称多孔结构,中间为多孔海绵状结构,内外两侧为指孔结构,且内外表层平均孔径分别为0.43μm和0.18μm。YSZ中空纤维陶瓷膜抗弯强度和纯净水通量分别为210.5MPa和4.02m~3·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1)。     

离子筛吸附与陶瓷膜耦合用于盐湖卤水提锂

将锰系离子筛吸附与陶瓷膜耦合,用于高镁锂比盐湖卤水的提锂研究。采用水热法制备了高效锂离子筛H_(1.6)Mn_(1.6)O_4,考察离子筛用于卤水提锂效果和陶瓷膜的分离性能。结果表明:制备的离子筛粉体粒径分布在100～500 nm之间,平均粒径为160 nm,用于察尔汗盐湖卤水中对Li~+吸附容量达到31.44 mg·g~(-1);孔径50 nm的陶瓷膜对离子筛的截留率达到100%,膜渗透通量大于150 L·m~(-2)·h~(-1);反冲操作可有效维持吸附-膜分离过程的稳定性,吸附与陶瓷膜的耦合过程对盐湖卤水中的锂提取率超过97%,盐酸和双氧水清洗可有效恢复膜渗透通量。研究结果为高镁锂比盐湖卤水提锂提供了新方法。     

Al_2O_3和SiC微滤膜的疏水改性及其油固分离性能研究

以正辛基三乙氧基硅烷和乙醇分别作为改性剂和溶剂,采用接枝聚合法对平均孔径为500 nm的Al_2O_3膜和SiC膜进行疏水改性,考察了改性剂浓度、改性液温度和改性时间对膜表面疏水效果的影响,并对比了疏水改性前后两种陶瓷膜的表面性质及疏水改性后的油固分离性能,进行了反冲实验和稳定性测试。结果表明,两种陶瓷膜材料在改性剂浓度为0.2 mol·L~(-1),改性液温度为40℃,改性时间为12 h时,疏水改性效果最好,得到的疏水Al_2O_3膜和SiC膜的水接触角分别为134°±1°和140°±1°,经改性后的SiC膜的疏水效果优于Al_2O_3膜。在油固分离实验中,疏水Al_2O_3膜和SiC膜均对固体炭黑有良好的截留性能,但疏水改性对SiC膜的油品通量提升更为显著,两种膜的稳态通量分别为1134 L·m~(-2)·h~(-1)和1408 L·m~(-2)·h~(-1)。反冲操作对疏水SiC膜的通量恢复更有利。     

介孔氧化铝钇负载磷钨酸催化剂制备及其催化性能

以尿素为沉淀剂,十二烷基硫酸钠为模板剂,采用均相沉淀法制备介孔氧化铝钇(Al_2O_3Y),并用浸渍法将磷钨酸(HPW)负载到Al_2O_3Y上。通过SEM、XRD、FT-IR和N_2吸附等手段对Al_2O_3Y及负载催化剂(Al_2O_3Y/HPW)进行表征。将普通Al_2O_3、介孔Al_2O_3Y和Al_2O_3Y/HPW分别催化合成十七烯基咪唑啉,结果表明,制备的介孔Al_2O_3Y为无定型,粒径(1～5)μm,平均孔径5.08 nm,最可几孔径2.25 nm,比表面积627.43 m~2·g~(-1)。磷钨酸的负载率为93.3%,热稳定性较好。在合成十七烯基咪唑啉的验证实验中,催化剂用量为反应物质量的1%,与普通Al_2O_3催化反应相比,合成反应时间缩短,反应温度降低,合成收率高出30%,可达98.2%。     

MMA-粉煤灰漂珠体系凝胶注模成型制备陶瓷复合膜研究

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为有机单体,粉煤灰漂珠为骨料,采用非水基凝胶注模成型技术在支撑体表面制备膜层。主要考察了单体添加量对膜层的影响及烧结温度对陶瓷复合膜性能的影响。研究结果表明:混合浆料中MMA预聚液的质量分数为50%时,其黏度为1019.4m Pa·s,可以在支撑体表面聚合成膜。当烧结温度从950℃升高至1100℃,膜层的孔隙率下降,抗弯强度随之增强,耐酸碱腐蚀性大幅提升;复合膜的纯水通量和平均孔径显著下降,且提高烧结温度使孔径分布变窄。在1050℃下烧结2h,可以得到抗弯强度为38.2 MPa,平均孔径为0.86μm的陶瓷复合膜,其纯水通量为1061.9 L·m~(-2)·h~(-1),对聚乙二醇20000和分散大红染料分子的截留率分别达到31.7%和47.2%(0.2MPa)。     

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%)。     

γ-Al2O3中孔陶瓷膜的制备及表征

以粒径为0.3～0.4 μm的α-Al2O3为原料,通过悬浮液真空抽吸法,制备出平均孔径约为70 nm的完整无缺陷的片状α-Al2O3支撑体;以仲丁醇铝为前驱体,采用颗粒溶胶路线制备出稳定的Boehmite溶胶,以此溶胶采用浸浆法,在制备的α-Al2O3支撑体上制备出完整无缺陷的γ-Al2O3中孔膜,并考察了烧成温度对γ-Al2O3中孔膜性能的影响.结果表明,本文制备出的γ-Al2O3膜的孔径约为3 nm,对PEG的截留分子量为2800～5300,纯水渗透通量为11.5～25.9 L·m-2·h-1[7.6×105 Pa,(14±1)℃].说明在孔径为70 nm左右的载体上直接制备孔径为3 nm的完整的中孔膜是可行的.     

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。     

刚玉基陶瓷膜的制备与性能研究

为了解原料粒径对刚玉基陶瓷膜形貌和性能的影响,分别以10μm和20μm的近等径刚玉为陶瓷膜原料,以硅溶胶为结合剂,六偏磷酸钠为分散剂,羧甲基纤维素为增稠剂,采用浸浆法在自制多孔SiC支撑体(平均孔径97. 2μm)表面涂覆刚玉基陶瓷膜,观察了膜的表面形貌、孔隙结构,并测试了膜的孔隙尺寸及分布、渗透性及阻力降。结果表明:当SiC支撑体孔径与刚玉颗粒的粒径之比5时,制成的陶瓷膜表面平整;而当二者之比10时,膜的表面出现明显凹坑。使用20μm刚玉颗粒制备的刚玉陶瓷膜,其常温抗折强度为27. 6 MPa,阻力降为426. 6 Pa,气体渗透率为143. 3 m~3·(m~2·h·kPa)~(-1),具有较好的综合性能,可满足烟气净化的技术要求。     

莫来石复合陶瓷微滤膜的制备与表征

采用天然矿物莫来石和高岭土为主要原料制备莫来石基复合陶瓷微滤膜,对制备的莫来石支撑体和复合微滤膜进行了结构与性能表征.结果表明,采用莫来石微粉(d50=9.85μm)为主要原料,并加入10%高岭土,可通过干压成型制备多孔莫来石陶瓷膜支撑体.经1250℃保温3h烧成后,支撑体平均孔径和孔隙率分别为2.1μm和46.9%,水通量为9.1m3·m-2·h-1·bar-1,抗弯强度为23.1MPa.通过浸渍涂覆法和固态粒子烧结法在莫来石支撑体上制备了莫来石微滤膜层,优化的浆料制备条件为:固含量10%、pH=11、7%PVA作粘结剂和0.8%PAA作分散剂.制备的莫来石微滤膜层经1200℃保温2h烧成后,平均孔径和厚度分别为0.24μm和18μm,复合微滤膜稳定水通量可达0.83m3·m-2·h-1·bar-1,表现出好的渗透性能,可应用于微滤分离过程.     

双改性Al_2O_3/PVDF杂化膜的制备和性能

分别利用乙烯基三甲氧基硅烷对Al_2O_3粒子进行了改性、KOH对聚偏氟乙烯(PVDF)进行了改性,并以改性后的产物为制膜材料,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将改性纳米Al_2O_3粒子引入到改性PVDF中,通过热致相变法制备了双改性Al_2O_3/PVDF杂化膜。分别考察了硅烷偶联剂对Al_2O_3粒子粒径的影响,及不同碱浓度和碱处理时间对PVDF结构的影响,并对制备的双改性膜进行了性能测试。结果表明:当硅烷偶联剂的质量分数为33%(以体系总质量计,下同)时,Al_2O_3粒子的粒径从593.45 nm降为43.47 nm,在此基础上,当改性Al_2O_3粒子的质量分数为5%时,杂化膜的截留率为83.1%,水通量为621.5 L/(m2·h),膜的拉伸强度达到5.01MPa。改性纳米Al_2O_3粒子的引入,是杂化膜通量和力学强度提高的主要原因。     

炼油净化水结垢原因分析及膜法深度处理

对炼油厂净化水回用过程结垢原因进行分析,针对结垢成因采用陶瓷膜对净化水做深度处理,而经膜处理后净化水pH在6.9左右,净化水呈中性,试图使得炼油净化水达到工艺水回用目的.着重考察了膜孔径、操作压差、膜面流速、料液温度等对膜通量的影响.结果表明,孔径为50nm的氧化锆陶瓷膜处理炼油净化水其渗透通量高达800L·m~2·h~(-1),渗透液中COD小于200mg·L~(-1);体系的操作压差可控制在0.25MPa,较大的膜面流速大和料液温度有利于渗透通量的提高;膜污染的清洗采用在线反冲和离线化学清洗的方法,料液渗透通量可恢复到新膜的95%.     

基于硅烷偶联剂表面改性制备Al_2O_3/PVDF杂化膜

采用硅烷偶联剂(2-氰乙基)三乙氧基硅烷对纳米Al_2O_3粒子进行表面改性,利用热致相变法制备了改性Al_2O_3/PVDF有机无机杂化膜,研究了改性Al_2O_3的添加量对杂化膜性能的影响。经(2-氰乙基)三乙氧基硅烷改性后,纳米Al_2O_3粒子的团聚减少,改性后纳米Al_2O_3的平均最小粒径为52.23nm。与纯PVDF膜比较,改性纳米Al_2O_3的添加改善了PVDF膜的形貌结构,改性Al_2O_3/PVDF杂化膜形成的球晶明显增加,球晶的密度尺寸缩小,杂化膜中形成了大量连通的界面孔,膜的孔隙率升高,改善了PVDF膜的力学性能和亲水性,提高了截留率。当纳米粒子添加量达到5%时,膜的截留率提高了7.2%,膜的纯水通量达到了593.95L/(m~2·h),膜强度达到5.0MPa。     

减压膜蒸馏法稀碱液浓缩过程研究

以聚偏氟乙烯疏水膜为材料,采用减压膜蒸馏技术在较高真空度下浓缩硫化钠溶液,研究了各种条件对膜通量的影响.结果表明,当进料温度80℃、真空度为80kPa、流速为0.99m·s~(-1)时,质量分数4.6%的硫化钠溶液VMD膜通量为23.7 kg·m~(-2)·h~(-1);连续运行时,将稀碱液浓缩5倍后,膜通量仍维持在10.6kg·m~2·h~(-1),用稀盐酸清洗后膜通量恢复到初始值的95.6%;浓缩过程产水电导维持在10μS·cm~(-1)以下,脱盐率大于99.99%.     

渗透汽化法汽油脱硫用热塑性聚氨酯弹性体膜的制备及其性能

以自制聚偏氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVDF)膜为底膜,制备热塑性聚氨酯弹性体(thermoplastic polyurethane,TPU)平板膜,将其应用于渗透汽化汽油脱硫。采用扫描电镜等表征TPU膜的表面性能。对TPU膜进行渗透汽化性能评价,研究结果表明TPU膜的较佳制备工艺条件为:固含量9.1%,成膜温度40℃,刮膜厚度300μm,底膜PVDF;渗透汽化脱硫的较佳工艺条件为:操作温度80℃,渗透侧压力30~80 Pa,进料流量90 m L×min~(-1),此时测得膜通量达到5.49kg×m~(-2)×h~(-1),硫富集因子3.53。热塑性聚氨酯弹性体膜可以同时达到较大的通量和较高的硫富集因子,在渗透汽化汽油脱硫的工业化过程中具有很大的潜力。     

均苯型耐酰胺溶剂聚酰亚胺膜渗透汽化性能研究

酰胺类溶剂的分离回收与处理是工业领域中一个亟待解决的重要问题,采用渗透汽化(PV)技术分离该体系时,所采用的高分子膜材料需要有较好的溶胀性和耐久性。采用两步法制备了一种均苯型聚酰亚胺膜,通过测试不同单体配比下制备的膜的溶胀性及拉伸强度考察其耐溶剂性能。研究结果表明:当均苯四甲酸二酐(PMDA)与二氨基二苯醚(ODA)摩尔比为1.018:1时,聚酰亚胺膜的溶胀度在30%以下,拉伸强度损失小于20%;制备的PMDA-ODA/Al_2O_3型复合膜,在40℃时,渗透汽化分离DMF/H_2O((90/10)%(wt))和DMAc/H_2O((90/10)%(wt))体系的渗透通量分别为149.4和59.0 g×m~(-2)×h~(-1),分离因子分别为21.5和187.1,具有较好的分离效果;复合膜连续运行100 h数据表明,DMAc/H_2O体系渗透通量稳定在210 g×m~(-2)×h~(-1)左右,分离因子保持在15左右,具有较好的稳定性。     

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)。     

多级孔道ZSM-5分子筛超滤膜的制备

利用二次生长法,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂,一步水热合成了多级孔道ZSM-5分子筛膜。结果表明,CTAB球形胶束与分子筛颗粒自组装形成了介孔结构,同时,CTAB胶束及疏水长链抑制了晶体的长大。通过调整CTAB/SiO_2摩尔比、合成温度及晶化时间等制膜条件,改变分子筛膜的晶体颗粒尺寸及膜层交联度,实现了分子筛膜介孔结构的有效调节,其孔径范围7~30 nm。在CTAB/SiO_2摩尔比为0.05、合成温度180℃、时间20 h下,多级孔分子筛膜纯水渗透通量达到138 kg·m~(-2)·h~(-1)·MPa~(-1),截留分子量28500,对应平均孔径7.39 nm,达到小孔径超滤的标准。