ZrO2中孔膜的制备及其耐酸碱腐蚀性能

以正丙醇锆为前驱体,通过颗粒溶胶路线制备ZrO2溶胶,并以此溶胶制备出稳定的制膜液.采用浸浆法,经过一次涂膜,在平均孔径约为70nm的片状α-Al2O3支撑体上制备出完整无缺陷的孔径小于10nm的中孔ZrO2陶瓷膜,详细考察了烧成温度对ZrO2粉末和ZrO2中孔膜性能的影响.在450℃的烧成温度下制备出孔径约为7nm的ZrO2中孔膜,该膜对PEG的截留分子量为19500,在原料液侧压力为0.76MPa、温度(23±1)℃条件下,纯水渗透通量为30～35L/(m2·h).经HNO3(pH=2)和NaOH(pH=13)溶液动态腐蚀后的ZrO2中孔膜对PEG截留分子量的变化表明,所制ZrO2膜具有较高的耐酸碱腐蚀性能.

微孔SiO2膜在水蒸气条件下的稳定性能

以正硅酸乙酯为前驱体,通过聚合溶胶路线制备出稳定的SiO2溶胶和制膜液,采用浸浆法,经过一次涂膜,在平均孔径约为3nm的γ-Al2O3中孔膜上制备出完整无缺陷的SiO2微孔膜,考察了烧成温度对SiO2粉末和SiO2微孔膜气体渗透性能的影响.结果表明,在400～800℃焙烧温度下制备的SiO2膜在200℃及0.3MPa条件下对He的渗透通量为(7.29～12.7)×10-7mol/(m2·s·Pa),600℃下烧成的膜的理想分离因子分别为98(He/CO2),49(He/O2),64(He/N2),79(He/CH4)和91(He/SF6),具有分子筛分效应.微孔SiO2膜在水蒸气条件下的稳定性能取决于膜的烧成温度,400,600和800℃烧成的膜的水蒸气稳定压力分别为8,200和200kPa.

γ-Al2O3膜对单组分无机盐溶液的截留性能

采用孔径约为3 nm的γ-Al2O3中孔膜,在pH 4-10,压力0.4-1.0 MPa,对浓度范围为0.005-0.1 mol/L的四种单组份无机盐溶液（NaCl、CaCl2、Na2SO4和MgCl2）进行截留性能考察.研究结果表明：膜对离子截留率的大小取决于离子所带的电荷大小.按从大到小的顺序：MgCl2〉CaCl2〉NaCl〉Na2SO4,膜的截留率逐渐降低.膜对离子的截留率随盐溶液浓度的增大而降低,随操作压力的升高而增大.在pH=5,压力为0.5 MPa,浓度为0.003 mol/L时,膜对Mg2＋和Ca2＋的截留率分别达到85%和87.4%.有希望用于水的软化过程.

低温烧成高纯Al_2O_3多孔陶瓷膜支撑体的制备

为了降低高纯Al2O3(α-Al2O3质量含量≥99%)多孔陶瓷膜支撑体烧成温度,以粒径为30μm的α-Al2O3为原料,分别添加TiO2和TiO2/Cu(NO3)2为烧结助剂,通过干压成型和挤出成型制备片状和管式多孔支撑体。Al2O3-TiO2和Al2O3-TiO2-CuO体系分别在高温下出现的液相低共熔物促进了多孔支撑体的烧结。当氧化铝支撑体中添加0.5%(摩尔分数,下同)TiO2+0.5%Cu(NO3)2后,在1600℃的烧成即可获得机械性能高、渗透性能好和耐酸碱腐蚀性能优异的管式支撑体。在压力为0.1MPa时,支撑体的水渗透通量为12.1m3/(m2·h),弯曲强度为44.5MPa。经过80℃,含10%(质量分数,下同)HNO3的溶液腐蚀800h及80℃,含10%NaOH的溶液1200h后,支撑体的质量损失率分别为1%和0.35%。

TiO2中孔膜的制备及对Ni(2＋)的截留性能

以钛酸四异丙酯为前驱体,通过颗粒溶胶路线制备出平均粒径为41nm的TiO2溶胶,并以此溶胶制备出稳定的制膜液。采用浸浆法,经过一次涂膜和在400～600℃烧成,在平均孔径约为70nm的片状α-Al2O3支撑体上制备出完整无缺陷的截留分子量小于10000的TiO2中孔膜。考察了烧成温度对非担载TiO2粉末和TiO2中孔膜性能的影响。结果表明:在400℃烧成3h可制备出孔径为4.7nm的TiO2中孔膜,其对PEG的截留分子量为8150,在0.8MPa,20℃下,纯水渗透通量为30L/(m2·h),对pH=3的Ni(NO3)2溶液的截留率达到95.14%。

烧结制度对碳化硅微滤膜性能的影响

以平均粒径为0.8μm的碳化硅为原料、聚甲基丙烯酸铵为分散剂,采用浸渍提拉法在平均孔径为1.4μm的管式碳化硅载体上制备碳化硅微滤膜,研究了pH值和分散剂含量对悬浮液稳定性的影响,以及烧结温度和烧结气氛(空气、氩气和氮气)对碳化硅微滤膜性能的影响。结果表明:当pH=10、分散剂含量为0.6%(质量分数)时,可制备得到分散均匀、稳定性好的悬浮液。当烧结气氛为氮气、烧结温度为1 200℃时,碳化硅微滤膜的综合性能最优,其平均孔径为78 nm,膜厚约10μm,纯水渗透率为860 L·m^-2·h^-1·bar^-1。

活性炭掺杂对多孔氧化铝陶瓷支撑体结构及性能的影响

以平均粒径为4μm的α-Al2O3为起始原料、活性炭为成孔剂,通过干压成型法制备片状多孔Al2O3支撑体。研究了活性炭含量对多孔氧化铝支撑体结构和性能的影响。结果表明:活性炭在高温烧成过程中的氧化可显著提高支撑体的孔隙率,进而提高其渗透性能。当活性炭添加量为17%(质量分数)、烧成温度为1450℃时,支撑体的孔隙率、平均孔径、三点抗弯强度和纯水渗透通量分别达到45.8%,2.1μm,44.6MPa和88m3/(m2 h MPa)。经过80℃、10%NaOH溶液腐蚀20d后,支撑体的三点抗弯强度仍可以维持在23.4MPa,表明支撑体具有较好的耐碱腐蚀性能。

氧化铝添加量对多孔碳化硅支撑体性能的影响

以平均粒径为27.6μm的α-Si C为骨料、亚微米碳化硅和α-Al2O3为助烧剂,采用干压成型法在空气氛围中烧成制备多孔碳化硅支撑体,研究了氧化铝含量对多孔碳化硅支撑体结构及性能的影响。结果表明:当氧化铝添加量为10%(质量分数)、烧成温度为1 450℃时,支撑体的孔径、孔隙率、抗弯强度和纯水通量分别为0.3μm、31.8%、39.1 MPa和786 L·m^(–2)·h^(–1)·bar^(–1)。经过80℃,10%的Na OH溶液中腐蚀4 h后,多孔碳化硅支撑体的抗弯强度仍高于18 MPa。

烧成氛围对多孔碳化硅支撑体耐碱性能的影响

以平均粒径为14.7μm的碳化硅为骨料、0.8μm的氧化锆为烧结助剂、7.8μm的石墨粉为造孔剂,采用干压成型法制备了多孔SiC支撑体,研究了空气、先空气后氩气(空气-氩气)、先空气后氮气(空气-氮气)、氩气、氮气烧成气氛围对多孔碳化硅支撑体耐碱性能等的影响。结果表明:在空气-氩气氛围下烧成,得到的多孔碳化硅支撑体综合性能最优。当惰性气氛起始烧成温度为1100℃、煅烧终温为1400℃时,制备的多孔碳化硅支撑体的平均孔径为1.9μm,孔隙率为45%,抗弯强度为40MPa,纯水渗透率为165 m^3×m^-2×h^-1×MPa^-1。经80℃,1%(质量分数)的NaOH溶液腐蚀10d后,多孔碳化硅支撑体的抗弯强度仍保持在30 MPa。