面向水处理的氧化铝多孔膜支撑体的制备及影响因素研究

论文摘要

随着材料制备与加工工艺的不断改进和人类对水质要求的不断提高,膜技术应用于水处理行业的实例越来越多。而多孔无机膜因其在耐腐蚀、使用寿命及机械强度上与传统的有机高聚物膜相比优势明显,最近几年已开始涉猎水处理行业,十分具有发展前景。无机多孔膜的基础―支撑体一直是国产无机膜质量无法提升的瓶颈所在,国内外关于支撑体制备方面报道很少,需要这方面的基础性研究用来指导实践。本文以Al2O3为骨料,采用固态粒子烧结―干压成型的方式制备了片状无机陶瓷多孔膜支撑体。通过正交试验分析了骨料颗粒大小、粘结剂添加量、烧结助剂添加量、烧结温度对支撑体孔径分布、孔隙率、纯水通量和耐腐蚀性的主次影响顺序。并在数据分析中第一次采用d70这个指标来量化孔径分布的大小。经过综合分析确定了多孔陶瓷膜支撑体的四个参数为:骨料颗粒230―260目、粘结剂添加量15%、烧结助剂添加量2%、烧结温度1300℃。另外还对粘结剂种类、烧结助剂种类、水份添加量、成型压力和升温速率进行了优化选择,从而确定了多孔陶瓷膜支撑体制备的优化参数。进一步考察了成孔剂添加量、粘结剂添加量及其搭配添加方式、骨料粒径、烧结助剂添加量以及烧结制度对支撑体结构和性能的影响。实验结果表明,选用固态粘结剂与液态粘结剂相互搭配的粘结剂方案,对减小孔径分布作用明显,且比例控制在2:3到3:2之间较为合适。支撑体的制备需添加一定份量的发泡剂,才能使支撑体的孔隙率达到要求。但发泡剂与粘结剂的总量不应超过20%,否则对支撑体的强度、孔径分布都会产生不良影响。烧结助剂对降低烧结温度作用明显,而对孔结构的影响不大。但添加量应控制在5%以下,否则将对支撑体的耐腐蚀性产生较大影响。之后分别以模拟的水厂滤后水与受污染地表水为研究对象对支撑体进行了净水效能的研究。结果表明,支撑体对浊度的去除效果分别达到86.73%和88.36%,效果较好,但对CODMn的去除率仅3-4个百分点,对UV254和DOC的去除效果更差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 无机多孔陶瓷膜研究进展
• 1.2.1 多孔陶瓷膜简介
• 1.2.2 多孔陶瓷膜在水处理方面的应用
• 1.2.3 多孔陶瓷膜制备方法
• 1.2.4 多孔陶瓷膜表征手段
• 1.3 无机多孔陶瓷膜发展中存在的问题
• 1.4 课题来源及研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 试验条件与分析方法
• 2.1 实验所用设备与试剂
• 2.1.1 仪器与设备
• 2.1.2 试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 原料的准备
• 2.2.2 支撑体的制备
• 2.2.3 支撑体的保存与预处理
• 2.3 支撑体的表征方法
• 2.3.1 支撑体孔径及其分布的测定
• 2.3.2 支撑体孔隙率的测定
• 2.3.3 支撑体纯水通量的测定
• 2.3.4 支撑体耐腐蚀性的测定
• 第3章 支撑体制备的优化选择
• 3.1 引言
• 3.2 正交实验
• 3.2.1 孔径分布正交实验
• 3.2.2 孔隙率正交实验
• 3.2.3 纯水通量正交实验
• 3.2.4 耐腐蚀性正交实验
• 3.2.5 优化参数的确定
• 3.3 粘结剂种类的选择
• 3.4 烧结助剂种类的选择
• 3.5 水份添加量的选择
• 3.6 粉料研磨方式的选择
• 3.7 成型压力的选择
• 3.8 烧结过程中升温速率的选择
• 3.9 本章小结
• 第4章 支撑体的制备参数和净水效能研究
• 4.1 引言
• 4.2 粉料粒径对支撑体结构和性能的影响
• 4.3 粘结剂对支撑体结构和性能的影响
• 4.3.1 粘结剂添加量对支撑体结构和性能的影响
• 4.3.2 粘结剂固液比对支撑体结构和性能的影响
• 4.4 发泡剂对支撑体结构和性能的影响
• 4.5 烧结助剂的添加量对支撑体结构和性能的影响
• 4.6 烧结制度对支撑体结构和性能的影响
• 4.6.1 烧结温度对支撑体结构和性能的影响
• 4.6.2 保温时间对支撑体结构和性能的影响
• 4.7 支撑体的净水效能
• 4.8 本章小结
• 结论
• 课题展望
• 参考文献
• 致谢