外文翻譯（中文）-----等靜壓法超濾、微濾陶瓷膜的制造和特點(diǎn)

1、<p><b>　　中文4780字 </b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯</p><p><b>　　（2011屆）</b></p><p>　　外文題目 Manufacture and Characterization of Ultra and </p><p>　

2、　Microfiltration Ceramic Membranes by Isostatic Pressing </p><p>　　譯文題目 等靜壓法超濾、微濾陶瓷膜的制造和特點(diǎn) </p><p>　　外文出處 Ceramics International

3、</p><p>　　學(xué) 生 </p><p>　　學(xué) 院 環(huán)境與安全工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) </p><p>　　校內(nèi)指導(dǎo)教師 專業(yè)技術(shù)職務(wù)

4、 </p><p>　　校外指導(dǎo)老師 無 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 無 </p><p>　　等靜壓法超、微濾陶瓷膜的制造和特點(diǎn)</p><p>　　摘要：本文主要介紹超濾、微濾多孔管道和油水分離陶瓷膜的制造。為了達(dá)到這種效果，試驗(yàn)中嚴(yán)格控制慮孔的分布和大小。將30%的固體顆粒(氧化鋯、氧化鋁粉末和蔗糖)懸浮

5、液, 70%的液體 (異丙醇)放在準(zhǔn)備好的廣口瓶里，根據(jù)預(yù)設(shè)的慮孔尺寸，改變蔗糖粒子的研磨時(shí)間。通過等靜壓方法制作薄膜，用掃描電鏡觀察結(jié)構(gòu)，用水銀浸入稱重的方法測(cè)定孔隙率。薄膜的形態(tài)學(xué)特性證明它是由多孔氧化鋯和氧化鋁形成的薄膜結(jié)構(gòu)。水銀孔隙率分析方法的結(jié)果顯示微濾用平均1.8µm的多濾孔薄膜，而超濾頂層用平均尺0.01-0.03µm大小的濾孔，后面用平均尺寸1.8 µm的濾孔。依靠制造工藝的應(yīng)用，制造具有分

6、離水油乳劑性能的超濾和微濾薄膜是很有可能的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：陶瓷膜；均壓；蔗糖；超濾；微濾</p><p><b>　　1.介紹：</b></p><p>　　石化、冶金和食品制造業(yè)會(huì)產(chǎn)生很多以油/水或水/油乳狀液形式的廢棄液體。 薄膜技術(shù)可能是乳狀液分離的一個(gè)廉價(jià)、有效的替代方法；因而已經(jīng)有人發(fā)表了幾篇闡述通過陶瓷膜使油水乳狀液

7、分離的論文[1-3] 。由于陶瓷膜具有諸多的優(yōu)勢(shì)，用陶瓷薄膜代替聚合薄膜將產(chǎn)生持續(xù)的利益，比如在高溫高壓下的穩(wěn)定性、很好的化學(xué)的穩(wěn)定性、高機(jī)械強(qiáng)度、壽命長(zhǎng)和很好的去污性能。氧化鋁薄膜已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用，但最近研究機(jī)構(gòu)考慮使用像氧化鋯、二氧化鈦 和矽石其它多孔薄膜材料。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)膜技術(shù)的商業(yè)運(yùn)用，研究機(jī)構(gòu)應(yīng)該在制造業(yè)技術(shù)、費(fèi)用， 微觀結(jié)構(gòu)特性、過濾效率及其他方面進(jìn)行大量的研究。在這種意義上，許多制

8、備陶瓷膜的工藝，譬如溶膠凝膠法、逆相法、擠出和粉漿燒鑄法已經(jīng)在最近數(shù)年中得到發(fā)展[4-7]。文獻(xiàn)中也記載了其他方法。比如說，Cui等其他人[8]通過原位水熱合成法，在α-鋁管內(nèi)制備沸石\陶瓷微濾薄膜來治理被油污染的水。Zhang等人[9]用固相燒結(jié)法制備摻有二氧化鈦的氧化鋁復(fù)合微濾膜，這種膜用于分離油性廢水。Zhou等人[10]還制備一種由平面多孔鈦鋁合金構(gòu)成的二氧化鈦薄膜，這種合金是通過電泳沉積和浸涂過程來合成的。</p>

9、<p>　　等靜壓也運(yùn)用于制造汽車零件、電和熱絕緣體、鍍膜材料、組織工程學(xué)中陶瓷支架[11]和薄膜[12,13]。然而,目前的研究均未考慮等靜壓方法來制造分離油水乳狀液的微濾、超濾陶瓷膜。</p><p>　　本文主要介紹等靜壓方法的應(yīng)用。等靜壓作為一種成形方法，可獲得能夠?qū)崿F(xiàn)水油分離和不支持水油分離的超、微濾陶瓷膜。由于相比其他方法來說，等靜壓方法具有諸如高質(zhì)量、陶瓷單元的均勻性好、能制成多層結(jié)構(gòu)

10、、設(shè)計(jì)中能靈活應(yīng)用和節(jié)省材料（對(duì)研究而言）等幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，因而選擇此方法。</p><p>　　要制造像過濾器或者薄膜一類的陶瓷材料,要在懸浮液或漿體（陶瓷顆粒的原料）中混入致孔劑。像蔗糖一類的致孔劑，在燒結(jié)生成微孔過程中分解掉了。此外，蔗糖能夠產(chǎn)生特定體積和大小的微孔（敞開或閉合），這直接影響膜的多孔性能和滲透率。因此，像致孔劑的研磨時(shí)間和燒結(jié)溫度的這些因素是極端重要的[14]。</p><p&

11、gt;　　成功應(yīng)用陶瓷膜的關(guān)鍵在于膜的生產(chǎn)是否能提供較大范圍變化的滲透性和高選擇性。因此，在薄膜的制備方面的關(guān)于微孔大小和分布控制的研究已經(jīng)完成。這些因素影響薄膜的選擇性并決定其應(yīng)用。 為生產(chǎn)超濾、微濾陶瓷膜，應(yīng)該控制生產(chǎn)過程以便使微濾膜的孔徑處于0.1-10µm，使超濾膜的孔徑處于0.01-0.1µm范圍內(nèi)。</p><p>　　在這方面，開發(fā)一種能夠控制微孔大小和孔隙性的方法是很有必要的，

12、這樣薄膜才能適合特定的應(yīng)用。</p><p>　　本文描述了超濾微濾陶瓷膜的制造過程。這一過程運(yùn)用等靜壓法作為成形方法并用蔗糖作為致孔劑。這一制造方法被認(rèn)為能生產(chǎn)出薄膜應(yīng)用中所需要的理想特性。</p><p><b>　　2.材料和方法</b></p><p>　　本文建議使用蔗糖作為致孔劑、采用等靜壓作為成型方法來制造微濾、超濾陶瓷膜管。由于

13、蔗糖的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以將其作為致孔劑。這些優(yōu)點(diǎn)包括：在花費(fèi)較少的情況下能得到較高純度；在水的浸濾下能除去部分雜質(zhì)而通過熱降解能完全除去雜質(zhì)；無毒；經(jīng)過加壓后能稍微改變晶體的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.1 準(zhǔn)備制備陶瓷膜的泥漿</p><p>　　用高溫?zé)Y(jié)氧化鋁A1000 SG（安邁鋁業(yè)公司）和四氧氧化鋯 TOSOH－3Y（日本東曹公司）作陶瓷薄膜的結(jié)構(gòu)成份，兩者的平均直徑分別是0.5

14、µm和0.3µm，各自的表面積是8.4m2/g和7.7m2/g。表1描述了商業(yè)氧化鋁的成分。含雜質(zhì)0.08%的蔗糖在研究中用作致孔劑。粉末狀聚乙烯醇縮丁醛樹脂（PVB）的密度為1.1 g/cm³，含丁縮醛約80%。密度為0.782g/mL的異丙醇和0.2%的水分別用作陶瓷黏合劑和黏合劑溶劑。</p><p>　　表 1 商用氧化鋁的構(gòu)成</p><p>　　首

15、先，把蔗糖粒子用泥漿和雌蕊浸軟，然后用一個(gè)篩子系統(tǒng)（篩孔徑為177-300 µm和177- 600 µm）進(jìn)行分類。其次，將PVB和異丙醇放入一個(gè)容積為400毫升的聚乙烯廣口瓶中，瓶?jī)?nèi)裝有900克的陶瓷研磨元素（圓柱形顆粒的氧化鋁通常占1/2），然后研磨2小時(shí)。然后，將氧化鋁或氧化鋯陶瓷粉和篩分好的蔗糖加入廣口瓶中加以研磨（分別研磨 2 和至20分鐘）。然后調(diào)勻混合物，使之成為含30%體積固體（蔗糖和氧化鋁或氧化鋯）

16、，含70%體積液體（乙醇和聚乙烯醇縮丁醛）的懸浮液。表2記錄了每個(gè)原件所需的陶瓷泥漿體積。</p><p>　　表 2 制備好的陶瓷泥漿構(gòu)成</p><p>　　稍后，在熱氣流槍的作用下（溫度在80℃左右以免蔗糖燃燒），接著通過孔徑為250.0µm的篩子后形成陶瓷-蔗糖聚合顆粒。隨后將陶瓷顆粒放在80℃的烘箱內(nèi)烘烤2小時(shí)。</p><p>　　PVB B-

17、98 玻璃轉(zhuǎn)換溫度是在72-78℃。當(dāng)溫度達(dá)到約80℃時(shí)，其聚合物可塑性將會(huì)提高，同時(shí)降低表面應(yīng)力集中，有助于陶瓷膜表面拋光。此外，圖1中的熱解溫度分析法證明由于PVB的熱降解溫度始于212℃，所以它在80℃時(shí)不會(huì)降解。</p><p>　　圖 1 一定溫度范圍內(nèi)聚乙烯醇縮丁醛質(zhì)量減少的百分比</p><p><b>　　2.2 膜的制備</b></p>

18、<p>　　運(yùn)用陶瓷處理獲得兩種類型的膜，即多孔的和支承的。圖 2表示了管狀陶瓷的薄膜的尺寸。</p><p>　　圖 2 陶瓷膜的設(shè)計(jì)和各自形狀</p><p>　?。╝)多孔薄膜 （b)支承薄膜</p><p>　　為了制備多孔氧化鋯和氧化鋁薄膜，等靜壓的模子充滿陶瓷顆?；蜓趸喓脱趸X的細(xì)致顆粒，然后根據(jù)圖 3加壓。</p>&

19、lt;p>　　圖 3 獲得多孔氧化鋯和多孔氧化鋁的材料和方法</p><p>　　在制造支承薄膜時(shí)（氧化鋯首層位于氧化鋯層或氧化鋁層上），核心部位首先用氧化鋯泥漿（在試管1中）浸潤(rùn)，隨后將浸潤(rùn)在試管中的部分拿出來用熱氣流槍蒸干溶劑。這個(gè)過程要操作兩遍使得到含氧化鋯較少的核心部分表面（即選擇層）。最后，將核心部分插入充滿氧化鋁或氧化鋯粉末（見表2）的鑄模中，形成膜的支承能力，接著施加100MPa的等靜壓。這

20、樣，就同時(shí)產(chǎn)生了首層和支撐層，換而言之，同樣的壓力下它們應(yīng)變一致。圖4描述了上述過程。 </p><p>　　圖 4 支承薄膜的制造程序</p><p>　　在下一個(gè)階段中，對(duì)膜系統(tǒng)（支撐層和氧化鋯首層）采用熱處理。將膜置于耐熔煉的容器中并覆蓋上樹薯淀粉（以吸收融化的蔗糖）。將它們放在爐溫處于100℃-160℃的爐中灼燒。然后為去除蔗糖，每24小時(shí)溫度就會(huì)上升20℃。這樣由于蔗糖的熱擴(kuò)散就

21、減少了管狀薄膜在燒結(jié)過程中斷裂的危險(xiǎn)。在此以后，將管狀薄膜置于一個(gè)電子控制熔爐內(nèi)，根據(jù)圖5，用固定的方法步驟燒結(jié)。最后將爐子敞開冷卻到室溫。</p><p>　　圖 5 陶瓷薄膜的燒結(jié)過程</p><p>　　用水浸法（阿基梅德斯原則）可以測(cè)量薄膜的表觀密度和多孔性，這樣就可以看出陶瓷薄膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。用水銀壓入法和掃描電鏡來進(jìn)行孔隙率測(cè)定。水浸法中要用四個(gè)樣品，其他的分析中每種薄膜要用兩

22、個(gè)。孔隙率分析法用到了水銀微孔模型 PORESIZER 932(測(cè)微器具公司生產(chǎn)）。浸潤(rùn)測(cè)試是根據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì) (ASTM)的標(biāo)準(zhǔn)[16]進(jìn)行的。用牛津大學(xué)的探測(cè)器，通過 LEO1430掃描電子顯微鏡，在20kv電子束的操作下，對(duì)薄膜進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析。</p><p><b>　　3. 結(jié)果和討論</b></p><p>　　3.1 陶瓷薄膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p&

23、gt;<p>　　根據(jù)篩分尺寸大小和研磨時(shí)間在多孔氧化鋁薄膜上生成不同大小的微孔。圖6表示了不同蔗糖研磨時(shí)間下薄膜微孔大小的分布。</p><p>　　圖 6 (a)蔗糖不同研磨時(shí)間下多孔氧化鋁的孔徑分布</p><p>　　(b)氧化鋯薄膜的孔徑分布</p><p>　　依照?qǐng)D 6，孔隙率法分析顯示在制造氧化鋁薄膜的過程中蔗糖研磨時(shí)間越長(zhǎng)微孔直徑

24、的分布越均勻。另一方面，比較長(zhǎng)的研磨時(shí)間會(huì)造成比較小的平均孔徑。因此，蔗糖的研磨時(shí)間可能影響氧化鋁薄膜微孔的平均孔徑，同時(shí)影響薄膜的選擇性和滲透性[17].根據(jù)圖6，制造方法中利用具有相同平均孔徑(1.8µm)但是不同微孔分布的的氧化鋯和氧化鋁薄膜成品。因此,薄膜的材料也影響它的多孔結(jié)構(gòu)。圖 7呈現(xiàn)了在1500℃下燒結(jié)后薄膜（非對(duì)稱氧化鋯薄膜和氧化鋯-氧化鋁合成薄膜）的多孔分布。</p><p>　　圖

25、 7 水銀浸入法氧化鋯薄膜的孔隙率分析</p><p>　　(a)不對(duì)稱氧化鋯薄膜 (b)合成薄膜 </p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)在非對(duì)稱氧化鋯薄膜（圖 7）和氧化鋯-氧化鋁合成薄膜（圖 7）的活性層上的多孔平均直徑為0.015µm和0.03µm。研究發(fā)現(xiàn)，大于1µm平均孔徑的微孔出現(xiàn)在了支撐薄膜上，然而在制造過程中，直徑為0.1µm的微孔出現(xiàn)在

26、內(nèi)部，即它們不是致孔劑產(chǎn)生的。因?yàn)橛貌煌牟牧希ㄑ趸喓脱趸X）作為結(jié)構(gòu)材料，孔隙率分析法顯示這種制造方法生產(chǎn)了不同結(jié)構(gòu)（不同微孔分布）的支撐氧化鋯薄膜。此外，控制平均孔徑大小在0.01µm和 0.03 µm，這樣這種方法也能制造具有超濾性能的薄膜（氧化鋯活性層）。（如圖 7所示）</p><p>　　對(duì)陶瓷膜應(yīng)用了水浸測(cè)試法。這些薄膜所得到的結(jié)果列于表 3中。</p><

27、p>　　表 3 多孔支承薄膜（或非支承薄膜）浸入測(cè)試的結(jié)果</p><p>　　表 3顯示，采用50%體積的致孔劑，在蔗糖研磨了2小時(shí)20分鐘后，氧化鋁多孔薄膜上會(huì)分別產(chǎn)生39.05%和39.91%的視孔隙率。由于兩個(gè)薄膜的燒結(jié)溫度相同，所以視孔隙率的減少與研磨時(shí)間的縮短有直接關(guān)系。</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示，在結(jié)構(gòu)薄膜層之間，不對(duì)稱氧化鋯薄膜 （氧化鋯-氧化鋯)的視孔隙率較低。

28、由于氧化鋯在燒結(jié)過程中的高縮進(jìn)性，因此在這個(gè)結(jié)構(gòu)中只有氧化鋯薄膜具有較少的開孔數(shù)和較高的密集程度。 在燒結(jié)的最后一個(gè)階段中，也就是在1500℃，主要是顆粒的生長(zhǎng)，這導(dǎo)致了膜結(jié)構(gòu)中開孔體積的減少和材料密度的增加。</p><p>　　盡管薄膜也呈現(xiàn)出大量的閉氣孔，但薄膜（出了多孔氧化鋯薄膜外）的總孔隙率高于文獻(xiàn)[18]推薦的50%。</p><p>　　通過掃描電鏡圖片可以分析多孔和支撐薄膜

29、的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)。圖 8顯示的內(nèi)容與不同研磨時(shí)間下多孔氧化鋁薄膜一致與多孔氧化鋯薄膜也是一致的。</p><p>　　圖 8 多孔薄膜交錯(cuò)部分的掃描電鏡照片（放大500倍）</p><p>　　多孔氧化鋁薄膜的制備：（A）經(jīng)2小時(shí)蔗糖研磨</p><p>　?。˙）經(jīng)20分鐘蔗糖研磨</p><p>　　(C) 多孔氧化鋯薄膜</p>

30、<p>　　在薄膜 A（經(jīng)過2小時(shí)研磨）中，研磨期間有大顆粒蔗糖減少，這使得微孔更小分布更均勻，這在充滿樹脂的較黑部分可以觀察到（如圖8 a）。在圖 8 (a）中，觀察到有些微孔內(nèi)部沒有充滿松香（白色箭頭處）。圖 8也表示從從圖 A到圖 B，研磨時(shí)間減少了，這使得陶瓷結(jié)構(gòu)中分布不均勻的大孔數(shù)量增加（圖 8 b）。</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[19]，當(dāng)結(jié)構(gòu)中顆粒小部分體積（認(rèn)為是球形的）高于22%

31、，滲透渠道就像網(wǎng)一樣連通起來。因此，在薄膜 B中（孔隙率有33.91%），與大孔口相比孔隙率作為影響透水介質(zhì)的主要因素。</p><p>　　圖 8(c）顯示微孔（較黑暗的區(qū)域）充滿樹脂，多孔薄膜的密集區(qū)域同氧化鋯的含量一致。由于孔口氧化鋯薄膜中出現(xiàn)平均直徑在1.8µm的頻率很高（圖6 b)，所以在薄膜結(jié)構(gòu)中，大孔體積也很明顯較大，這同孔隙率測(cè)定法的結(jié)果一致。這種薄膜的形態(tài)學(xué)特征也顯示出，由于這種薄膜與

32、其他薄膜相比呈現(xiàn)出較小的表觀孔隙率，所以它的結(jié)構(gòu)密集。</p><p>　　下面的掃描電鏡圖顯示了支撐薄膜的形態(tài)學(xué)特征。圖 9 (a）和9 (b）顯示了支撐氧化鋯-氧化鋁合成薄膜的橫斷面。薄膜的結(jié)構(gòu)充滿了環(huán)氧樹脂，隨后用砂紙和金剛石研磨膏拋光，以便提高薄膜形態(tài)學(xué)外觀。</p><p>　　圖 9 (a）清楚地顯示了多孔的氧化鋁支撐層上的氧化鋯層（首層），證明了氧化鋯-氧化鋁合成薄膜的形成。

33、圖 9 (b）顯示了合成薄膜中不對(duì)稱結(jié)構(gòu)和首層將近40µm厚度的放大圖片。</p><p>　　圖 9 氧化鋯薄膜的掃描電鏡照片</p><p>　　(a)氧化鋯-氧化鋁合成的支承薄膜 (b)放大500倍的照片</p><p>　　(c)不對(duì)稱氧化鋯薄膜 (d)放大500倍的照片</p><p>　

34、　圖9（c)是不對(duì)稱氧化鋯薄膜橫斷面的掃描電鏡圖像。圖 9(d）代表薄膜的放大圖像。在多孔氧化鋯支撐上的氧化鋯活性層的厚度大約是50 µm。圖9(b）和9(d）證明在氧化鋁表面和多孔氧化鋯支撐層的氧化鋯層有較好的粘合性。</p><p><b>　　4. 結(jié)論</b></p><p>　　因?yàn)樯a(chǎn)制造過程中用到了蔗糖顆粒作為致孔劑，而蔗糖顆粒能夠產(chǎn)生對(duì)微濾超

35、濾過程來講特定孔隙率和特定微孔大小，所以這種制造過程被認(rèn)為比較新穎。等靜壓開始被用來作為一種吸附在氧化鋯薄層（氧化鋯首層）和氧化鋁支撐層的方法，以便獲得不對(duì)稱和合成的薄膜（或者是支承薄膜）。同其他用來制造支承薄膜的方法相比，等靜壓方法使通過相同的壓力獲得首層和支撐層成為可能。</p><p><b>　　5. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. C. Psoc

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