【摘要】：多孔陶瓷膜作為一種新型的過濾材料,具有很多優(yōu)點,主要表現(xiàn)在:耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、易于清洗、抗老化能力強、抗微生物能力強、使用壽命長等方面,在工業(yè)廢水處理、海水淡化、空氣凈化、能源工程、化工與石化、生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣泛。相比于其它過濾材料而言,多孔堇青石陶瓷膜具有更優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗化學(xué)侵蝕性能,因此其在高溫?zé)焿m處理中的優(yōu)勢會更加明顯�，F(xiàn)有制備堇青石陶瓷膜的方法主要是固相反應(yīng)法,但是制備的樣品性能往往不夠穩(wěn)定,從而阻礙了其在過濾材料中的廣泛運用。針對上述情況,為了推進堇青石陶瓷膜的應(yīng)用與研究,本研究選題為非對稱堇青石陶瓷膜制備及其在分離煙塵中的應(yīng)用研究。本文首先利用合成的堇青石顆粒結(jié)合堇青石,通過擠出成型和燒結(jié)的方法制備出性能較優(yōu)異的堇青石陶瓷支撐體,分別研究了反應(yīng)物用量、燒成溫度和原料堇青石粒徑對支撐體性能的影響;然后利用磷酸鹽結(jié)合堇青石,通過壓制成型和燒結(jié)的方法制備出性能優(yōu)異的支撐體,分別系統(tǒng)研究了反應(yīng)物用量、燒成溫度和原料堇青石粒徑對支撐體性能的影響;接著制備穩(wěn)定漿料并通過浸漬提拉的方法制備出性能較好的非對稱堇青石陶瓷膜,一方面研究了分散劑種類、分散劑用量和固含量對漿料性能的影響,另一方面系統(tǒng)研究了支撐體孔徑和膜層數(shù)對陶瓷膜性能的影響;最后制備出了膜的測試裝置并研究了膜的工作性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)全堇青石陶瓷支撐體的制備研究以堇青石粉與氧化鋁粉,二氧化硅粉,氧化鎂粉為主要原料,采用擠出成型和高溫?zé)Y(jié)的方法制備出堇青石陶瓷支撐體。分析了反應(yīng)物用量、燒成溫度和原料堇青石粒徑對支撐體抗折強度、開孔率、孔徑大小及分布、微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:隨著反應(yīng)物用量的減少,所制備支撐體的抗折強度先增大后保持基本不變,開孔率先減小后基本保持不變,孔徑先增大后減小,孔道不斷變小變窄;隨著燒成溫度的升高,支撐體的抗折強度逐漸增大,開孔率逐漸減小;隨著原料堇青石粒徑的增大,支撐體的孔徑和開孔率逐漸增大。其中V1在1350℃表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,它的抗折強度、開孔率和孔徑大小分別為37.1MPa、33.1%、1.79μm。但是V1的開孔率還是較低,這是因為堇青石燒結(jié)溫度范圍狹窄,在低溫下沒有堇青石生成,提高溫度后生成玻璃相,導(dǎo)致孔隙率降低。故利用磷酸鹽結(jié)合堇青石降低燒成溫度。(2)磷酸鹽結(jié)合堇青石陶瓷支撐體的制備研究分別利用磷酸鋁和磷酸鋯兩種磷酸鹽結(jié)合堇青石制備堇青石陶瓷支撐體。以堇青石粉與金屬氧化物,磷酸為主要原料,采用壓制成型和高溫?zé)Y(jié)的方法制備出支撐體。分析了反應(yīng)物用量、燒成溫度和原料堇青石粒徑對支撐體抗折強度、開孔率、孔徑大小及分布、表面及斷面結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:隨著反應(yīng)物用量的減少,支撐體的抗折強度逐漸減小,開孔率逐漸增大,孔徑先增大后減小;隨著燒成溫度的升高,支撐體的抗折強度逐漸增大,開孔率逐漸減小,孔徑先減小后增大;隨著原料堇青石粒徑的增大,支撐體的抗折強度逐漸減小,開孔率逐漸增大,孔徑逐漸增大。其中P2在1100℃表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,它的機械強度、開孔孔隙率和孔徑大小分別為4.73MPa、42.5%、16.2μm。(3)膜的制備研究利用磷酸鋯結(jié)合堇青石,通過浸漬提拉和高溫?zé)傻姆椒ㄖ苽涑龇菍ΨQ堇青石陶瓷膜。分析了分散劑種類、分散劑用量和固含量對漿料粘度、沉降性能的影響,并研究了支撐體孔徑和膜層數(shù)對陶瓷膜抗剝落強度、孔徑大小及分布、膜厚、表面及斷面結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:聚丙烯酸鈉的分散性能最好;隨著分散劑用量的增加,漿料穩(wěn)定性先變好后變差;隨著固含量的增加,陶瓷漿料穩(wěn)定性先變好后變差;分散劑為聚丙烯酸鈉,聚丙烯酸鈉用量為1.5%,固含量為15%時漿料穩(wěn)定性最好。隨著支撐體孔徑的增大,堇青石陶瓷膜的抗剝落性變差,孔徑變大,膜厚變大,表面孔變大;隨著膜層數(shù)的增多,堇青石陶瓷膜的孔徑變大,孔徑分布逐漸分散并可能有不連續(xù)孔出現(xiàn),膜厚變大,表面孔變大,表面孔的數(shù)量減少。(4)膜應(yīng)用的初步研究搭建膜的測試裝置,分別分析了不同層數(shù)和孔徑的膜的工作性能。結(jié)果表明:隨著膜層數(shù)的增加,煙塵過濾效率變高,抗熱震循環(huán)次數(shù)增加,壓力損失率變大;雙層膜的煙塵過濾效率高,壓力損失率大,抗熱沖擊性能好;隨著膜孔徑的增大,煙塵過濾效率和壓力損失率均減小;隨著膜孔徑分布變窄,抗熱震循環(huán)次數(shù)變多;膜對氣體沒有選擇性過濾的作用。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X701;TQ051.893
【圖文】：

14圖 2.1 堇青石粉外觀照片石粉粒徑大小及分布爾文激光粒度儀對堇青石粉進行粒徑測試，所用用 120 和 180 目分析篩對堇青石粉進行篩分，兩粉粒徑大小及分布如圖 2.2 所示。由圖可知，堇.54μm，粒徑分布較窄。本研究使用的其它不同粒法篩分得到并對粒徑進行了測試。

圖 2.2 堇青石粉的粒徑分布圖石粉物相分析粉的物相分析如圖 2.3 所示。從圖中可以看出，堇青石構(gòu)成，含有少量的氧化鋁、二氧化硅、氧其中在制備多孔堇青石陶瓷時，堇青石粉中含有加入的氧化鎂反應(yīng)生成堇青石，堇青石粉中含有鎂反應(yīng)同樣生成堇青石。因此在堇青石原料中可鐵，但是氧化鐵在 X 射線衍射圖譜中對應(yīng)的衍射中氧化鐵雜質(zhì)含量很少，堇青石含量很多，堇青此種堇青石粉不僅雜質(zhì)含量相對較低而且價格相化生產(chǎn)則能極大地降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益

圖 2.3 堇青石粉 XRD 圖原料使用的其他原料有：氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂甘油、油酸、蒸餾水、聚乙二醇 4000 等，具體規(guī)表 2-1 其他原料表稱 技術(shù)指標 生產(chǎn)廠家 Al2O3，工業(yè)級，粒徑 1.47μm 東莞東超新材料科技硅 SiO2，工業(yè)級，粒徑 9.40μm 鞏義市鴻昌凈水材 MgO，工業(yè)級，粒徑 3.12μm 蘇州市澤鎂新材料科纖維素 200000cps, 工業(yè)級 山東赫達股份有 C18H34O2, 工業(yè)級 濟南長志商貿(mào)有

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