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%。

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%。

多孔陶瓷膜支撑体的制备研究进展

多孔陶瓷膜支撑体是陶瓷膜制备与应用的基础。本文概述了多孔陶瓷膜支撑体主要的制备工艺及其特点;探讨了制备过程中影响多孔陶瓷膜支撑体结构及性能的因素;综述了多孔陶瓷膜支撑体研究现状,并对多孔陶瓷膜支撑体的发展趋势进行了展望。

莫来石-刚玉多孔陶瓷膜支撑体的制备

通过沉淀法制备碳酸铝铵超细粉体均匀包裹的氧化铝粉体,煅烧后,继令其与纳米二氧化硅按一定比例球磨混合,预烧,添加适当的粘结剂和造孔剂,再经捏合、陈腐、挤出成型、烘坯、烧结,制备膜支撑体。结果表明,二氧化硅加入量为12%(质量分数)、1550℃烧结所得的膜支撑体综合性能较好:纯水通量为22.2m3/(m2·h);爆破压力为3.40MPa,开孔率为40.21%;经10%(质量分数)H2SO4或5%(质量分数)NaOH于100℃下浸渍36h后,爆破压力仍分别为2.67和2.89MPa,表明它还具有良好的耐酸碱性能。

不同含铝微粉对原位莫来石结合SiC多孔陶瓷膜支撑体性能的影响

为降低陶瓷膜支撑体的制作成本,以SiC颗粒为骨料,分别以α-Al_2O_3微粉、ρ-Al_2O_3微粉以及Al(OH)3粉作为莫来石相的铝源,利用烧结过程中Si C微粉表面氧化产生的SiO2作为硅源,以木炭粉为造孔剂,碱式碳酸镁作为助烧结剂,于1 350℃保温3 h在空气气氛下无压烧结制备原位莫来石结合SiC多孔陶瓷膜支撑体试样,并研究了三种不同含铝微粉对试样性能的影响。结果表明:经1 350℃烧后,采用活性ρ-Al_2O_3微粉结合的试样抗折强度达到19. 9 MPa,分别高于采用α-Al_2O_3和Al(OH)3结合试样的51. 1%和33. 5%。SEM及XRD分析表明,添加活性ρ-Al_2O_3微粉的试样内部颗粒之间的颈部结合程度最好,原位生成的莫来石相最多。

低温烧结制备氧化铝陶瓷膜支撑体

采用平均粒径为10.16μm的α-Al_2O_3粉体为原材料,利用注浆成型技术制备陶瓷膜支撑体。设置正交实验,研究成孔剂、粘结剂、烧结助剂(硅酸钠+TiO_2+CaCO_3+MgO)含量及保温时间对支撑各性能的影响;在正交实验结论基础上,通过改变烧结温度,于低温条件下制备出性能良好的陶瓷膜支撑体。实验表明:硅酸钠用量、成孔剂用量、粘结剂用量和保温时间最佳组合分别为4%、6%、0.6%和2 h。在1400~1450℃温度区间内制得的支撑体各性能指标均相对较优,适宜作为陶瓷膜载体使用。

烧结制度对添加CuO-TiO_2制备的Al_2O_3陶瓷膜支撑体性能的影响

研究以α-Al_2O_3为骨料、羧甲基纤维素(CMC)为成孔剂和黏结剂、丙三醇为润滑剂和增塑剂、CuO-TiO_2为烧结助剂,用挤压成型法制备单管式α-Al_2O_3陶瓷膜支撑体,并讨论了烧结制度对Al_2O_3陶瓷膜支撑体性能的影响.通过扫描电镜、红外光谱、热重分析仪及自制装置对Al_2O_3陶瓷膜支撑体的微观形貌、孔隙率、抗折强度及抗酸碱腐蚀性等性能进行分析表征.其结果为:孔隙率30.98%;抗折强度104.88 MPa;酸、碱腐蚀重量损失率分别为0.95%、1.31%.

低成本新型多孔陶瓷膜支撑体的制备及性能

本工作以黄土及粉煤灰为骨料,羧甲基纤维素(CMC)为粘结剂,甲基丙烯酸甲脂(PMMA)为造孔剂,采用滚压成型法和粒子烧结法制备粉煤灰/黄土复合无机陶瓷膜支撑体。通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、压汞法、三点弯曲法、质量损失法以及自制装置对支撑体的物相组成、显微结构、孔隙率及孔径分布、抗折强度、酸碱腐蚀率及纯水通量进行表征和测试,系统分析了支撑体的结构和性能。结果表明:随着PMMA含量增加,支撑体的孔隙率、纯水通量及酸碱腐蚀率逐渐上升,抗折强度逐渐降低;在烧结温度为1130℃、保温时间为2.5 h、PMMA添加量为8%时,制备出纯水通量达到3165.13 L/(m^(2)·h·MPa),孔隙率达到26.43%,平均孔径为4.88μm,抗折强度达到27.33 MPa,酸/碱腐蚀率为1.15%/1.10%的低成本、高性能复合无机陶瓷膜支撑体。

基于低品位凹凸棒石黏土的陶瓷膜支撑体制备

多孔陶瓷膜支撑体是陶瓷膜制备与应用的基础,是支撑膜层的关键因素,为陶瓷膜提供一定的机械强度和耐腐蚀性能。由于支撑体材质单一,原料不易烧结且造价成本高等原因,各国学者开始寻找一些新的、更廉价的原料(如硅藻土、粘土、高岭土、粉煤灰等)来代替氧化铝作为制备支撑体的原材料,并取得了一定的进展。本工作采用低品位凹凸棒石黏土制备多孔陶瓷膜支撑体,系统研究了原料配比、成型压力、烧结温度和添加剂对支撑体性能的影响。结果表明:凹凸棒石黏土中加入适量的氧化铝作为骨料,能够有效阻止支撑体在烧结过程中的过度收缩,使其收缩率由(30±0.12)%降低到(3.1±0.05)%,支撑体的机械强度和孔隙率大幅增加。支撑体孔隙率随造孔剂添加量增加而增大,机械强度随造孔剂添加量增加而降低。支撑体的机械强度随成型压力增加而变大,孔隙率随成型压力增加而减少。支撑体的机械强度随烧结温度的升高而增大,当烧结温度超过750℃时,凹凸棒石黏土结构开始坍塌,支撑体致密化开始形成,孔隙率显著降低。当凹凸棒石黏土含量为63%,氧化铝含量为29%,造孔剂含量为6%,干压压力为10MPa,烧结温度700℃时,支撑体性能最优,平均机械强度为(18.11±1.83)MPa,孔隙率为(45.94±0.49)%。

以纳米氧化铝为助烧结剂制备α-Al_2O_3陶瓷膜支撑体

为降低氧化铝陶瓷膜支撑体的烧结温度,采用溶剂热法在α-Al2O3(平均粒径为40μm)颗粒的表面制备一层纳米氧化铝涂层。采用SEM、TEM、万能材料测试仪、压汞仪等表征所得烧结α-Al2O3陶瓷膜支撑体。结果显示:纳米氧化铝涂层均匀地分布在α-Al2O3颗粒表面,起到明显地助烧结作用。这种助烧结作用随纳米氧化铝涂层厚度的增加而增加,但对氧化铝颗粒"颈部"的增加作用较小。通过添加α-Al2O3(平均粒径为1μm)的氧化铝,能有效增加氧化铝颗粒的颈部半径。异丙醇铝:Al2O3(1μm,10 wt%;40μm,90 wt%)=1∶5(质量比),1650℃煅烧2 h,所得陶瓷膜支撑体的弯折强度为20.16 MPa,孔隙率为30.6%,孔径为6.6μm。

烧结制度对粉煤灰-黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响

以中值粒径分别为21.28μm、11.96μm的粉煤灰和黄土为原料,以羧甲基纤维素为造孔剂,采用滚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,研究烧结温度和保温时间对支撑体性能的影响。通过热重分析(TG-DTG)、三点弯曲法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分别对黄土基陶瓷膜支撑体的热稳定性、机械强度、晶相组成及表面形貌等进行表征。结果表明:烧结温度为1100℃、保温2.5h条件下制得的支撑体性能最佳,其纯水通量为2846.89 L/m^(2)·h·MPa,抗折强度为17.15 MPa,线性收缩率为4.48%,酸/碱腐蚀率分别为2.74%、0.06%,平均孔径为4.11μm,颗粒分布均匀且具有较多成熟晶体。

黄土/粉煤灰基陶瓷膜支撑体的制备及性能研究

为合理控制陶瓷膜的制备成本,选用成本低的黄土和粉煤灰作为原料,选用羧甲基纤维素为黏结剂,采用滚压成型、常压烧结制备了陶瓷膜支撑体。研究黄土和粉煤灰的质量比和烧结温度对支撑体性能的影响。结果发现:当黄土与粉煤灰掺杂质量比为6∶4,烧结至1100℃并保温2 h时为最优制备条件,此时支撑体水通量为1832 L·m^(-2)·h^(-1),抗折强度为28.3 MPa。

烧结温度对黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响

以中值粒径为38.78μm的黄土为骨料,木质纤维素为造孔剂兼粘结剂,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与二氧化钛(TiO 2)为复相烧结助剂,采用滚压成型法和固态粒子烧结法制备黄土基陶瓷膜支撑体.探究烧结温度对陶瓷膜支撑体性能的影响.通过热重分析(TG-DTG)、三点弯曲法、压汞法、自制装置、质量损失法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对黄土基陶瓷膜支撑体的物理、化学以及微观形貌等性能进行表征.研究表明,复相烧结助剂的引入,确实能降低烧结温度;当烧结温度为1 040℃时,抗折强度为35.7 MPa,孔隙率达到了31.0%,平均孔喉半径为1.952μm,纯水通量为3 021.1 L/(m^2·h·MPa),酸/碱腐蚀重量损失率为0.95%/1.31%.

粉煤灰/黄土基陶瓷膜支撑体的制备

针对无机陶瓷膜支撑体制备成本高及粉煤灰污染环境的问题,以粉煤灰和黄土为原料,以羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)为粘结剂,以木屑为造孔剂,采用滚压法和固态粒子烧结法制得低成本支撑体,并通过X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、压汞法、三点弯曲法及自制纯水通量测定装置分析了支撑体的物相组成、微观形貌、孔隙率及孔径分布、抗折强度及纯水通量,探究了原料配比、CMC及木屑添加量对支撑体性能的影响。结果表明,当粉煤灰与黄土配比为3∶2、CMC添加量为4%、木屑添加量为1%时,制得支撑体性能最佳,更有利于陶瓷膜的工业化生产,产品的纯水通量为37 516.69 L/(m^2·h),抗折强度为11.28 MPa,孔隙率为26.23%,平均孔径为5.11μm。

TiO2添加量对黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响

以平均粒径为38.78μm的洛川黄土为骨料,木质纤维素(LCS)为造孔剂兼粘结剂,二氧化钛(TiO2)为烧结助剂,通过滚压成形法制备单管式黄土基陶瓷膜支撑体,采用纯水通量、抗弯强度、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表征,探究TiO2的添加量对支撑体性能的影响。结果表明,支撑体中引入TiO2可促进黄土基陶瓷膜支撑体的烧结与致密。在烧结温度为1050℃,TiO2添加量为4%时,支撑体的抗弯强度为31.97MPa、纯水通量为3487.27L/(m^2·hMPa)、孔隙率为33.48%、平均孔喉半径为3.14μm,耐酸和碱腐蚀后质量损失率分别仅为0.14%和0.13%,且观察到支撑体表面晶粒大小均一,有较多的微孔。

烧结制度对TiO_2-MgO-MnO_2系α-Al_2O_3陶瓷膜支撑体性能的影响

本实验采用挤出成型工艺和固态粒子烧结法制备出单管式α-Al_2O_3陶瓷膜支撑体,研究了烧结制度对TiO_2-MgO-MnO_2系α-Al_2O_3陶瓷管支撑体性能的影响。实验通过SEM、XRD、三点弯曲法、质量损失法、液体静力称重法、自制纯水通量测定装置等方法对α-Al_2O_3陶瓷管支撑体样品的微观形貌、物相组成、机械强度、抗酸碱性、孔隙率、纯水通量等性能进行分析表征。研究结果表明:α-Al_2O_3陶瓷管支撑体的最佳烧结温度为1300℃,此时制备出的支撑体试样孔隙率达到了44.84%、抗折强度为80.21MPa、纯水通量为8979.37L/m^2·h·MPa、酸/碱腐蚀重量损失率仅为0.87%/1.09%。同时最终确定了试样的烧结制度为:在30-200℃、200-350℃、350-800℃、800-1300℃四个温度段内,分别以2℃/min、4℃/min、4℃/min、2℃/min的升温速率匀速升温,分别在350℃、800℃和1300℃下保温30min、60min和120min,烧结完成后自然冷却至室温。