管式煤矸石—石英基陶瓷支撑体的制备研究

以石英砂和煤矸石为主要原料,采用模压成型法制备管式煤矸石—石英基陶瓷支撑体。通过XRD、SEM、三点弯曲法、压汞法、质量损失法和自制装置对陶瓷支撑体的物相组成、显微结构、抗折强度、孔径、耐酸碱腐蚀性、纯水通量等进行表征和测试。考察了原料配比、烧结温度、保温时间等因素对陶瓷支撑体性能的影响。实验结果表明:原料配比石英砂∶煤矸石∶钾长石∶羧甲基纤维素钠∶碳酸钠∶四硼酸钠=53.5∶30∶5∶5∶4∶2.5,在烧结温度850℃、保温时间30 min条件下,可制备气孔率40%、抗折强度9.17 MPa、孔径25μm、耐酸腐蚀质量损失率1.1%、耐碱腐蚀质量损失率3%、纯水通量100.7 m^(3)·m^(-2)·h^(-1)·bar^(-1)的低成本管式煤矸石—石英基陶瓷支撑体。

碳化硅多孔陶瓷支撑体表面涂层研究

采用悬浮粒子浸浆法对碳化硅多孔陶瓷支撑体表面进行氧化铝涂层研究,探讨了支撑体的孔径、表面粗糙度以及支撑体与膜的匹配性对涂层完整性的影响;考察了涂层前后对气体渗透通量的影响.用SEM分别观察了涂层的表面和断面形貌.结果表明,支撑体孔径分布窄、孔径与悬浮粒子大小相匹配,支撑体表面平整光洁,且与膜的性质匹配时,可获得完整无开裂的涂层.

烧结制度对单管式氧化铝陶瓷支撑体性能的影响

以α-Al2O3为骨料、羧甲基纤维素为造孔剂和粘结剂、Cu O-Ti O2为烧结助剂制备单管式氧化铝陶瓷支撑体,对支撑体孔隙率与抗折强度进行测试,并用X线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对支撑体的物相与微观结构进行分析与观察,研究升温速率、保温时间和烧结温度等烧结工艺参数对支撑体性能的影响。结果表明：在高温烧结过程中形成Al2Ti O5、尖晶石型Cu Al2O4和铜铁矿型Cu Al O2,可促进烧结,其中Al2O3与Ti O2之间发生固溶反应形成Al2Ti O5相起主导作用;在30~200,200~350,350~800,800~1 200℃这4个温度范围内,分别以12,6,12和4℃/min的升温速率匀速升温,并在350和1 200℃分别保温0.5和2 h,最后随炉冷却,制得的支撑体具有良好的孔隙率、抗折强度和微观结构,孔隙率达到30.98%,抗折强度为104.88 MPa。

复相烧结助剂中MnO2对α-Al2O3陶瓷支撑体性能的影响

采用挤压成型法和固态粒子烧结法制备α-Al2O3陶瓷支撑体,主要研究复相烧结助剂MgO-MnO2-TiO2中MnO2添加量(质量分数)对陶瓷支撑体性能的影响。通过压汞法、内外加压法、三点弯曲法、质量损失法、扫描电镜和X射线衍射等方法对α-Al2O3陶瓷支撑体的孔隙率、纯水通量、抗折强度、酸碱腐蚀、微观结构及晶体类型和晶相成分进行分析表征。研究结果表明:MnO2能够和Al2O3形成固溶体Mn2AlO4,使晶格畸化,增加晶体的结构缺陷,从而降低烧结温度,促进α-Al2O3陶瓷支撑体的烧结。当MnO2添加量少于0. 5%时,烧结不完全;MnO2添加量大于2%时,晶粒出现异常生长;MnO2的添加量为1. 5%时,制备的α-Al2O3陶瓷支撑体样品性能最佳,孔隙率为38. 25%,抗折强度为80. 3 MPa,纯水通量达6579. 52 L/(m2·h·MPa),酸/碱腐蚀重量损失率为1. 22%/0. 90%。

SiC多孔陶瓷支撑体耐酸碱性研究

为研究SiC多孔陶瓷支撑体的耐酸、碱腐蚀性,以SiC粉末、钾长石、石英和高岭土为主要原料,以石墨和活性炭为造孔剂,制备了SiC多孔陶瓷支撑体,并在不同的溶质质量分数和时间条件下,利用NaOH和HCl溶液对支撑体进行腐蚀.分别利用扫描电子显微镜、过滤压降测试系统和阿基米德排水法对支撑体的受腐蚀程度进行测试,并对支撑体的碱腐蚀机理进行分析.结果表明:支撑体在HCl溶液中的耐腐蚀性较好,过滤压降和表面形貌均未发生明显变化,支撑体中粘结剂表面没有新的结晶物质生成,说明支撑体具有较好的耐酸腐蚀性能;支撑体在较高浓度的NaOH溶液中受到明显腐蚀,其过滤压降、表面形貌和气孔率受腐蚀时间和溶质质量分数的影响较大.支撑体在NaOH溶液中腐蚀较严重的原因是支撑体中以玻璃相为主的粘结剂会与Na OH反应生成铝硅酸钠溶胶.

烧结温度对单管式黄土陶瓷支撑体性能的影响

以中值粒径为38.78μm的洛川黄土为骨料,采用滚压成型法和固态粒子烧结法制备单管式黄土基陶瓷膜支撑体。探究烧结温度对黄土陶瓷支撑体性能的影响。通过热重分析、三点弯曲法、压汞法、自制装置、质量损失法、X-射线衍射、扫描电镜对单管式黄土基陶瓷膜支撑体的热稳定性、抗折强度、孔隙率、纯水通量、耐酸碱度、晶相组成的分析及表面形貌的观察对支撑体进行了表征。研究表明,烧结温度确实能影响黄土陶瓷支撑体的性能;当烧结温度为1100℃时,支撑体的表面光滑,孔隙率达到了20.08%、抗折强度为32.46 MPa、纯水渗透率为893 L/(m^2·h·MPa)、酸碱腐蚀重量损失率为0.42%与0.24%,平均孔径和中值孔径分别为4.68、2.68μm。在此烧结温度下可生产出成本合理、效果优良的陶瓷膜支撑体。

粉体粒径对陶瓷支撑体及制备的NaA分子筛膜渗透汽化性能的研究

选用不同粒径的氧化铝粉末原料,利用挤出成型法制备管式氧化铝陶瓷支撑体,采用二次生长法在所制备支撑体表面合成NaA分子筛膜;考察了氧化铝粉体粒径对支撑体及所制备分子筛膜性能的影响。结果表明,随着原料粒径的增大支撑体纯水通量和分子筛膜的渗透通量先显著增加,当原料粒径增大至一定程度后支撑体纯水通量不再有明显变化,同时分子筛膜的渗透通量显著下降。

掺杂Co_2O_3及制样压力对SiC多孔陶瓷支撑体性能的影响

为了优化碳化硅(SiC)多孔陶瓷材料的性能,通过对支撑体掺杂Co_2O_3以提高其高温强度、热抗震性能和抗弯强度,利用X线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、过滤压降测试系统和YLN-电子压力机分别对烧结后支撑体的物相结构、表面形貌、过滤压降及抗弯强度等性能进行测试分析,并应用阿基米德法测试支撑体的气孔率.实验结果表明:Co_2O_3掺杂支撑体经过高温烧结后,莫来石相衍射峰增多,过滤压降提高5%～10%,气孔率从33.02%降至27.25%,支撑体的抗弯强度从33.06 MPa提高到40.84 MPa.当制条压力和制片压力分别为3.5和11.5 MPa时,样品的抗弯强度最高,为44.1 MPa,气孔率为26.79%.

蜂窝状多孔陶瓷支撑体研制成功

蜂窝状多孔陶瓷支撑体是Zr(Ⅳ)-PAA动力形成膜组件的关键性部件,要求具有较高的膜填充密度和机械强度以及化学稳定性好,能反复使用和造价低等特点。

保温时间对管式黄土基陶瓷支撑体性能的影响

以洛川黄土为原料,对比分析了天然黄土的主要化学成分,通过滚压成型、固态粒子烧结法制备管式黄土基陶瓷支撑体,分别利用XRD衍射仪、SEM、压汞仪、三点弯曲法、质量损失法及自制内抽式纯水通量测试装置对管式黄土基陶瓷支撑体的晶相组成、微观形貌、孔径分布、抗折强度、酸碱腐蚀质量损失率、纯水通量进行表征与测试。结果表明,洛川黄土主要成分为氧化铝、氧化硅及各类金属氧化物,分别占比15.6%、56.7%、27.08%。当热处理温度为1100℃、保温时间为120 min时,支撑体表面光滑且颗粒分布均匀,主晶相为石英、空晶石、方石英,平均孔径为4.68μm,纯水通量为1092 L/m^2·h·MPa,抗折强度为31.46 MPa,酸碱腐蚀质量损失率为0.42/0.24%。

粉煤灰基陶瓷膜支撑体的制备与尺寸放大试验

选取固体废物粉煤灰作为支撑体骨料,TiO_(2)为烧结助剂,羧甲基纤维素(CMC)为黏结剂,木炭粉为造孔剂,采用固态粒子烧结法制得初始陶瓷膜支撑体样品,并对其进行等比尺寸(直径)放大制备。探究支撑体尺寸放大制备中烧结温度、造孔剂添加量、尺寸(直径)放大倍数等因素对支撑体性能的影响,对物质组成、微观形貌、抗折强度、纯水通量、酸碱腐蚀率及孔径分布等性能进行表征。结果表明:最高烧结温度为1 050℃,造孔剂木炭粉添加量为15%(质量分数),放大到原尺寸(直径)的2倍时,所制得支撑体性能最佳,其内部孔隙均匀,颈型结构明显,纯水通量为4 728.26 L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度为25.15 MPa,中值孔径为3.06μm,孔隙率为38.56%,酸、碱质量损失率分别为0.33%、0.25%。

煤矸石/黄土基陶瓷膜支撑体的制备及烧结特性

为了解决陶瓷膜成本过高的问题,以煤矸石和黄土为原料,CaCO 3为造孔剂,羧甲基纤维素(CMC)为黏结剂制备煤矸石/黄土基陶瓷膜支撑体,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及压汞法等方法对陶瓷膜支撑体的物化性质、表面微观形貌、物相组成等进行表征。结果表明:随着烧结温度的升高,支撑体内部形成新的晶相,导致支撑体的纯水通量和抗折强度增加。同时,随着保温时间的延长,颗粒熔融现象更加显著,进而降低支撑体的纯水通量但增加其抗折强度。在烧结温度为1125℃、保温时间为2 h条件下,制得的煤矸石/黄土基陶瓷膜支撑体综合性能较好。此时支撑体的纯水通量为9102.44 L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度为12.317 MPa,酸/碱质量损失率分别为6.64%/0.35%,显气孔率为38.26%,孔隙率为49%。

单相CuO与复相TiO_(2)-CuO-MgO对粉煤灰基陶瓷膜支撑体的性能影响研究

采用工业废弃物粉煤灰为主料,结合黏结剂(羧甲基纤维素CMC)、造孔剂(木炭粉),探究烧结助剂(单相:CuO;复相:TiO_(2)-CuO-MgO)在粉煤灰基陶瓷膜支撑体烧制中的作用与效应。其一探究单相烧结助剂CuO添加量对支撑体宏观理化特性(纯水通量、抗折强度、酸/碱腐蚀率)与微观结构特征(物质组成、微观形貌)的影响;其二通过正交实验研究复相烧结助剂TiO_(2)-CuO-MgO不同配比下支撑体性能表现从而得到最优制备方案。结果表明,在1050℃烧制温度下,CuO添加量为1%(质量分数)时样品性能良好,此时纯水通量:2649.577 L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度:49.677 MPa,酸/碱腐蚀率:0.471%/0.107%,平均孔径2.375μm,孔隙率为45.347%;1050℃条件下,TiO_(2)-CuO-MgO配比为1.5%(质量分数)TiO_(2)、0.7%CuO、5%MgO时,样品综合性能最佳,性能数据为——纯水通量:6729.268L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度:67.454 MPa,酸/碱腐蚀率:2.964%/1.427%,平均孔径4.216μm,孔隙率为48.608%。

混维凹凸棒石基陶瓷膜支撑体的制备及性能研究

为合理控制陶瓷膜支撑体的制备成本,选用本地储量丰富的凹凸棒石和煤作为主要原料,采用模压成型制备陶瓷膜支撑体。研究凹凸棒石、助熔剂、造孔剂的配比和烧结温度、保温时间等对支撑体性能的影响。结果发现:当凹凸棒石∶硼砂∶碳酸氢钠∶煤粉=100∶8∶8∶24,升温至930℃并保温3 h为最佳烧结状态,此时支撑体水通过量为12.78 m^(3)/(m^(2)·h·MPa),抗折强度为21.34 MPa,孔隙率40.93%,平均孔径9.59μm。

微滤多孔煤矸石基陶瓷膜支撑体制备及性能研究

陶瓷膜具有过滤精度高、耐强酸强碱、理化性能稳定、使用寿命长等优点被广泛应用于废水处理、气体分离等领域。支撑体作为陶瓷膜重要组成部分,可为陶瓷膜提供孔隙结构、抗折强度等。以煤矸石、黄土为主要原料,碳粉为造孔剂、羧甲基纤维素(CMC)为黏结剂采用挤压成型法制备出煤矸石陶瓷膜支撑体,探究烧结温度及造孔剂含量对支撑体抗折强度、纯水通量、晶相演变,微观结构等理化性能的影响。研究结果表明,随着烧结温度的升高,支撑体的抗折强度和纯水通量逐渐上升。当烧结温度为1125℃、碳粉添加量为10 wt.%时支撑体性能最佳。此时,可制备出纯水通量为40294.69 L·m^(-2)·h^(-1)·MPa^(-1),抗折强度为23.57 MPa,显气孔率为29.63%,平均孔径大小为2504.7 nm,酸/碱腐蚀率为1.63%/1.02%,孔隙率为49.9%的低成本、高性能的无机陶瓷膜支撑体。

添加剂对粉煤灰基陶瓷膜支撑体性能的影响

以粉煤灰为骨料,羧甲基纤维素(CMC)为黏结剂,分别选取聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、CaCO_(3)、木炭粉为造孔剂,TiO_(2)、CaO、硼砂为烧结助剂,采用挤压成型法与固态粒子烧结法制备粉煤灰基陶瓷膜支撑体.考察造孔剂与烧结助剂的种类、添加量对粉煤灰基陶瓷膜支撑体性能的影响,并对膜的纯水通量、抗折强度、微观形貌、物质组成、孔隙率和酸碱腐蚀率等性能进行表征.结果表明:木炭粉为造孔剂,TiO_(2)为烧结助剂时,所制得的粉煤灰基陶瓷膜支撑体性能兼具良好的机械性能与透水性能.木炭粉最佳添加量为15%(质量分数),此时支撑体平均孔径为2.78μm,孔隙率为44.68%,纯水通量为3 280.04 L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度为24.02 MPa,酸、碱腐蚀率分别为0.25%和0.22%.TiO_(2)最佳添加量为4%(质量分数),此时支撑体平均孔径为1.97μm,孔隙率为44.95%,纯水通量为3303.76L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度为35.84 MPa,其酸、碱腐蚀率分别为0.32%和0.17%.

烧结温度及保温时间对粉煤灰-黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响

以洛川黄土、固体废弃物粉煤灰为原料,甲基纤维素(MC)为粘结剂,采用挤压成型法和固态粒子烧结法制备粉煤灰-黄土基陶瓷膜支撑体。研究并分析了烧结温度和保温时间对支撑体性能的影响。结果表明:1160℃烧结2 h制得的支撑体性能最佳,其纯水通量为5576.16 L/m^(2)·h·MPa,抗折强度为33.04 MPa,酸、碱质量损失率分别为0.16%、0.07%。

多孔陶瓷膜支撑体在HNO_3溶液中的腐蚀性能研究

为了考察陶瓷膜在苛刻体系中的应用性能,研究了管式多孔陶瓷膜支撑体(质量分数99%Al2O3)在硝酸溶液(温度20—90℃,浓度1—10 mol/L)中的微观结构演变、质量损失率、腐蚀掉的元素成分随时间的关系,以及支撑体的孔结构、纯水通量和机械强度随其质量损失率的变化关系。结果表明主要在支撑体颗粒间的烧结颈部发生了选择性的腐蚀,在腐蚀初期其质量损失主要是由于烧结颈部中Na,Ca,Al等元素的溶解。支撑体的耐腐蚀性能与其烧结颈部的杂质含量密切相关。多孔支撑体的机械强度随支撑体在HNO3溶液中的质量损失率增大而逐渐降低。所用的多孔陶瓷膜支撑体具有优异的耐腐蚀性能。该研究为进一步提高支撑体的耐腐蚀性能及预测陶瓷膜在酸性环境中的使用性能奠定了基础。

多孔氧化铝陶瓷膜支撑体在HNO3溶液中的静态腐蚀

研究了在温度为45～90℃、浓度为1-10mol／L的HNO3溶液中，高铝多孔陶瓷膜支撑体的微观结构变化、质量损失率与时间的关系以及支撑体机械强度随其质量损失率的变化关系。结果表明，多孔氧化铝支撑体在酸性溶液中的腐蚀主要发生在支撑体颗粒之间的烧结颈部。建立了多孔支撑体的质量损失率与腐蚀时间的定量数学关系，并结合支撑体机械强度与其质量损失率的关系，对多孔支撑体在不同温度和浓度HNO3溶液中的使用寿命进行了预测。研究表明，多孔陶瓷膜支撑体具有优异的耐酸性能。

烧结温度对氧化铝陶瓷膜支撑体性能的影响

实验以α-Al_2O_3为骨料,TiO_2-MnO_2-MgO为复相烧结助剂,采用挤压成型法和固态粒子烧结法制备Al_2O_3陶瓷膜支撑体,并探究烧结温度对陶瓷膜支撑体性能的影响。通过压汞法、自制纯水通量测定装置、三点弯曲法、质量损失法、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法对α-Al_2O_3陶瓷支撑体的孔隙率、纯水通量、抗折强度、酸碱腐蚀率、晶相变化以及表面形貌等微观结构进行分析表征。研究结果表明:TiO_2-MnO_2-MgO能显著降低α-Al_2O_3陶瓷支撑体的烧结温度,烧结温度低于800℃,无法提供足够的激活能,支撑体没有新相生成;超过1 300℃时,支撑体纯水通量随着烧结温度升高而急剧下降。当烧结温度为1 300℃时,制得的支撑体性能良好,孔隙率达到了44.84%、抗折强度为80.21 MPa、纯水通量为8 979.37 L/(m^2·h·MPa)、酸/碱腐蚀质量损失率为0.87%/1.09%。