堇青石-YSZ复合中空纤维陶瓷膜的制备与油水分离性能研究

笔者采用相转化法制备了高渗透性、低成本堇青石基中空纤维陶瓷膜,研究了添加10wt%不同粒度的3mol%氧化钇稳定氧化锆(3YSZ)对制备的膜的结构、力学强度和油水分离性能等的影响。其结果表明,制备的堇青石膜呈现非对称结构,由指状孔层和外侧多孔分离层构成。在引入纳米3YSZ后,膜分离层厚度和孔径减小,形成更为均匀多孔的表面结构。添加纳米颗粒可在显著提高膜的抗弯强度的同时,不会明显降低膜的渗透性能,其中引入100nm^(3)YSZ的复合膜的抗弯强度和纯水通量分别可达120MPa和2.15m^(3)/(m^(2)·h·bar)。制备的堇青石-YSZ复合膜相对堇青石膜表现出更优的油水分离性能,油截留率可达到95.3%以上。

面向水处理应用的二维MXene膜研究进展

MXene纳米片材料因其二维结构特性和丰富的表面基团而受到广泛关注。MXene纳米片组装成的二维层状膜,通过尺寸筛分效应和静电相互作用可实现溶液中小分子和离子等分离,在水处理领域有着巨大的应用潜力。然而,二维层状MXene膜仍然面临着严峻的挑战,如低稳定性、高内阻、水环境中易溶胀等,导致分离性能不理想。本文以层状MXene膜的分离机理为出发点,重点介绍了目前改善层状MXene膜分离性能的方法及研究进展,并对二维MXene膜水处理应用发展进行展望,期望对基于MXene膜的精密构筑和设计高性能分离膜提供有益参考。

喷涂-浸涂结合法制备高渗透通量平板陶瓷超滤膜

为保持平板陶瓷膜渗透通量高的技术优势和减少膜缺陷,利用喷涂法在大孔支撑体上直接制备小孔径的膜层,利用浸涂法改善喷涂膜层或进一步制备更小孔径的膜层.实验结果显示,利用喷涂-浸涂的制备方法,仅经一次高温烧结,就可在平均孔径为4.0μm的平板支撑体上获得孔径分布窄、平均孔径为55 nm、厚度为46μm的超滤膜层,膜表面平整、无缺陷.所得超滤膜纯水通量可达到7 257.4 L/(m^2·h·MPa),具有良好的应用前景.

高渗透性ZrO_(2)中空纤维陶瓷超滤膜的制备研究

以采用相转化法制备的高渗透性中空纤维陶瓷微滤膜为支撑体,通过溶胶浸渍涂覆技术制备了小孔径ZrO_(2)陶瓷超滤膜.研究了支撑体预处理、溶胶组成、热处理温度、涂覆次数等因素对制备的ZrO_(2)超滤膜的微结构及性能的影响.结果表明,适量钇的引入可使ZrO_(2)形成稳定的立方萤石结构晶相,可避免膜层出现开裂.在优化的热处理温度、溶胶组成条件下,通过二次涂覆可在中空纤维膜支撑体表面制备出连续光滑、无缺陷的ZrO_(2)膜层,膜厚度和平均孔径分别为450 nm和12 nm,相应的陶瓷膜的纯水通量和抗弯强度分别可达到2020 L/(m^(2)·h·MPa)和97.1 MPa.

聚醚砜分子量对相转化法YSZ中空纤维陶瓷膜结构与性能的影响

采用不同分子量聚醚砜(PES)作为聚合物结合剂,通过相转化法和高温烧结制备了非对称结构YSZ中空纤维陶瓷膜。研究了不同分子量聚醚砜制备的铸膜浆料粘度变化对相转化过程及膜的微观结构与孔隙率和孔径、纯水和氮气渗透通量及抗弯强度等性能的影响。结果表明,采用分子量较小的PES制备的中空纤维膜由内侧大指孔结构和外侧小指孔结构构成。随着PES分子量和铸膜浆料粘度提高,外侧指孔长大而内侧指孔减小,且出现明显的中间海绵层。随着浆料粘度提高,膜孔隙率明显下降。采用PES E3010作为聚合物原料时,制备的YSZ中空纤维膜具有最大的外表皮层分离孔径,表现出最高的渗透性能和抗弯强度,在1400℃保温3 h烧结时,膜纯水通量和抗弯强度分别可达到9.35 m^3/(m^2·h·MPa)和113.9 MPa。

高性能碟式陶瓷膜在油水乳液分离中的研究

为解决膜分离技术处理油水乳液所遇到的膜污染问题,本文选择碟式陶瓷膜,采用动态过滤方式,研究了跨膜压差、膜转速和进料液温度对处理油水乳液的渗透通量和截留率的影响.结果表明:使用平均孔径为100 nm的碟式陶瓷膜处理油质量浓度为1000 mg/L的油水乳化液,当进料液温度为30℃、膜旋转速度为365 r/min、跨膜压差为0.02 MPa的操作条件下,碟式陶瓷膜的稳定通量达8700 L/(m^(2)·h·MPa),截留率达99.9%.与相同孔径的管式陶瓷膜比较,碟式陶瓷膜的渗透通量提升3~5倍.这表明碟式陶瓷膜动态过滤系统能够实现油水乳液的低能耗和高效率处理,为油水乳液的处理提供了一种新的途径.

Al_2O_3添加对La_(0.7)Ca_(0.3)CrO_3基导电陶瓷膜支撑体结构与性能的影响

通过高温固相反应烧结法制备了多孔La_(0.7)Ca_(0.3)CrO_3(LCC)基导电陶瓷微滤膜支撑体。研究了Al_2O_3添加量对制备的支撑体样品的物相组成、微观结构、电导率、孔隙率和孔径分布、渗透性能、抗弯强度及耐腐蚀性能等的影响。XRD分析表明,添加少量Al_2O_3时,在1550℃时保温2 h烧成制备的支撑体样品由正交晶系结构的La_(0.7)Ca_(0.3)Cr_(1-x)Al_xO_3(LCCA)晶相组成。当Al_2O_3添加量提高到30-50wt.%时,高温烧成过程中LCC与Al_2O_3发生复杂的固相反应,除LCCA主晶相外,还生成了LaAl_(11)O_(18)和CaCr_2O_4等晶相。适量Al_2O_3的添加可改善LCC基材料的烧结性能,支撑体样品的孔隙率和平均孔径、抗弯强度、纯水渗透通量和耐酸腐蚀性能明显提高。Al_2O_3添加量为10 wt.%时,样品表现出最高的电导率1.92 S/m。

碳酸氢钠共沉淀法制备超细铜铬黑颜料

以Cu(NO_3)_2·3H_2O、Cr(NO_3)_3·9H_2O为原料,NaHCO_3为沉淀剂,采用共沉淀法合成超细尖晶石型铜铬黑颜料。研究了沉淀剂浓度、煅烧温度对CuCr_2O_4结晶度、晶相纯度、粒径大小以及色度值的影响。通过X-射线衍射分析、扫描电镜图、粒度分析、色度值以及紫外-可见光吸收光谱分析得出,当碳酸氢钠浓度为0.3 mol/L,煅烧温度为800℃时可获得结晶完整、粒径细小、呈色性能好的CuCr_2O_4黑色颜料。