非对称多孔陶瓷滤膜制备和性能研究

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本论文在比较成熟的溶胶-凝胶法(sol-gelmethods)的基础上,自行设计用溶凝法将氧化铝纤维分散为纳米级氧化铝纤维溶胶。通过反复涂层,由溶胶-凝胶-干凝胶-烧结成膜,系统地研究了制备条件(包括加水方式、反应物配比、浓度、胶溶剂等)对膜的形貌影响。采用SEM、TEM、XRD和鼓泡设备等技术对所制样品的性能进行了表征。确定了形成纳米纤维溶胶的各项条件,以及由其制备非对称多孔陶瓷滤膜的热处理和烧结条件,最终得到均匀且具有一定强度和韧性的多晶氧化铝连续纤维的膜。对纤维的膜进行电镜观察,并分析得出与纤维的膜性质相关的一些因素。 此外,本文在研究成功的NaAlO2/HAc-水热合成法制备纳米氧化铝纤维基础上,又研究了NaAlO2/CO2-水热合成法制备纳米氧化铝纤维,介绍了用碳分法制备超细氧化铝的机理,具体的工艺流程。基于对铝酸钠溶液碳酸化分解的机理、碳分过程的各种影响因素进行综合分析,探索不同浓度、温度、二氧化碳用量及压力等多种因素的影响。经实验得到了较优的化学合成条件及洗涤和干燥条件。测试分析和制膜试验表明,两种方法制得的膜结构性能完全相同,但成本降低约20%。同时,在研究NaAlO2/CO2-水热合成法过程中,对副产物丝钠铝石[NaAlCO3(OH)2]纤维形成条件进行了研究,制备出较纯的丝钠铝石产品。 通过以上方法得到的颗粒和纤维的溶胶分别用来制备非对称多孔陶瓷滤膜的活性分离层。涂膜过程注意控制分离层的厚度,溶胶的浓度,涂布的次数,过渡层的使用,表面活性剂的种类和用量,烧结时间、温度和升温方式等等多种因素对所制非对称多孔陶瓷滤膜的影响。对比颗粒和纤维的非对称多孔陶瓷滤膜在过滤性能(透水性能和膜阻力)以及孔隙率、孔分布,沸腾孔径(平均孔径)的大小等方面的区别,从而得出纤维非对称多孔陶瓷滤膜在透过性上要强于颗粒膜,膜孔径方面差别并不大。
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