高鋁粉煤灰多孔陶瓷膜管的制備及其性能研究.pdf

1、陶瓷膜管的結(jié)構(gòu)包含支撐體，過(guò)渡層和過(guò)濾層三個(gè)部分。本文以固體廢棄物高鋁粉煤灰為原料，使用添加造孔劑的方法制備高鋁粉煤灰陶瓷膜管支撐體，探究其中間過(guò)渡層陶瓷膜和過(guò)濾層陶瓷膜的涂覆和燒結(jié)工藝。使用一系列手段對(duì)高鋁粉煤灰多孔陶瓷的物相組成、抗彎強(qiáng)度、孔隙率、孔徑分布以及顯微形貌等方面進(jìn)行表征和測(cè)試，并使用Makipirtti-Meng經(jīng)驗(yàn)速率方程分析高鋁粉煤灰多孔陶瓷的燒結(jié)動(dòng)力學(xué)。高鋁粉煤灰多孔陶瓷膜管在過(guò)濾性能和機(jī)械強(qiáng)度方面與傳統(tǒng)的氧化鋁多

2、孔陶瓷膜管相媲美，但是其制造成本大大降低，不僅可以解決令人頭疼的固體廢棄物環(huán)境污染問(wèn)題，還可以“以廢治廢”，具有較高的社會(huì)意義以及一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　本文以高鋁粉煤灰為原料，淀粉和堿式碳酸鎂作為造孔劑，添加高分子粘結(jié)劑，分別在1200-1500℃燒結(jié)溫度下制備5組不同含量的多孔陶瓷樣品，并測(cè)試其孔隙率、收縮率、氣通量、水通量、抗折強(qiáng)度等性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燒結(jié)溫度和造孔劑的種類(lèi)和含量對(duì)多孔陶瓷的性能影響顯著。堿式碳酸鎂造孔作用明

3、顯優(yōu)于淀粉，且隨著造孔劑含量的增高，孔隙率，氣通量，水通量逐漸升高，抗折強(qiáng)度略有降低。隨著燒結(jié)溫度的升高，氣通量、水通量先增后減，在1350℃時(shí)達(dá)到最大值4854.24 m3m-2h-1bar-1、48.61 m3m-2h-1bar-1。綜合考慮，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的堿式碳酸鎂作為造孔劑，在1350℃溫度下燒結(jié)2h，制備得到的高鋁粉煤灰多孔陶瓷支撐體性能最佳。
　　使用浸漬涂覆法在高鋁粉煤灰支撐體上涂覆粒徑為5μm的陶瓷粉體顆粒

4、層，獲得平均孔徑為1.22μm的中間過(guò)渡層;涂覆粒徑為500hm的陶瓷粉體顆粒層獲得平均孔徑為0.45μm的過(guò)濾層陶瓷膜。通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能、過(guò)濾性能以及顯微形貌的研究，探討得出:中間過(guò)渡層陶瓷膜在1400℃溫度時(shí)燒結(jié)2h，過(guò)濾層陶瓷膜在1000℃溫度時(shí)燒結(jié)2h得到的氧化鋁陶瓷膜具有較佳的機(jī)械性能，抗彎強(qiáng)度為8.31MPa，能夠滿足日常工作需求;同時(shí)它還具有良好的滲透性，其氣通量為2222.2m3m-2h-1bar-1，孔徑分布窄，過(guò)濾精

5、度高。
　　使用Makipirtti-Meng經(jīng)驗(yàn)速率方程分析處理高鋁粉煤灰多孔陶瓷樣品的階梯等溫收縮(SID)數(shù)據(jù)，計(jì)算其燒結(jié)活化能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高鋁粉煤灰多孔陶瓷在燒結(jié)過(guò)程中只有一種燒結(jié)機(jī)制:1250-1400℃，其燒結(jié)活化能為679.28kJ/mol。燒結(jié)機(jī)理可以理解為高鋁粉煤灰中的Al2O3和SiO2隨著溫度的升高逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石(3 Al2O3·2SiO2)的燒結(jié)過(guò)程。此外，該計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了陶瓷原料物相越復(fù)雜，雜質(zhì)越