多通道碳化硅多孔陶瓷非對稱濾膜的制備和性能研究.pdf

1、膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于能源、環(huán)境保護(hù)、石油化工、食品等領(lǐng)域，而以具有高強(qiáng)度、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、壽命長、易再生和分離效率高等優(yōu)點(diǎn)的多孔陶瓷濾膜最為顯著，其作為高效率錯流過濾器的核心部件，在高溫、耐蝕等苛刻環(huán)境下具有廣闊的應(yīng)用前景。進(jìn)行陶瓷膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化是決定其應(yīng)用的前提，關(guān)鍵是如何在高滲透通量和分離精度間獲得良好的平衡。目前采用非對稱的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種有效的解決方法，非對稱膜由支撐體、過渡層和微孔膜構(gòu)成，高氣孔率、大孔徑的支撐體具有

2、低的流體介質(zhì)阻力，可滿足高滲透性，并給予膜層高的機(jī)械支撐性；細(xì)顆粒構(gòu)成的表面膜層孔徑小、厚度小，具有較好的分離精度；支撐體和膜層的顆粒尺寸差異大，需采用過渡層結(jié)構(gòu)加以調(diào)控。本文研究了多孔碳化硅陶瓷支撐體和膜層的制備方法、微觀結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、滲透性能、機(jī)械強(qiáng)度等，為多孔碳化硅陶瓷濾膜的開發(fā)應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)支持。
　　首先研究了模壓成型、低溫?zé)Y(jié)制備圓餅狀多孔碳化硅陶瓷支撐體的方法，并以之為基礎(chǔ)制備多通道的多孔碳化硅陶瓷支撐體。

3、選用34μm的碳化硅顆粒，添加12％的低溫?zé)Y(jié)助劑和1.5%糊精溶液混合后，采用模壓成型方法，調(diào)節(jié)成型壓力和燒結(jié)溫度等制備多孔碳化硅陶瓷。在850℃、870℃、900℃和950℃燒結(jié)制備多孔碳化硅陶瓷時，隨著燒結(jié)溫度的升高，氣體滲透率由322.66 m3/m2·h·kPa增加到361.82 m3/m2·h·kPa，之后又降低至308.24 m3/m2·h·kPa，開口氣孔率對氣體滲透率的影響更顯著。終端過濾結(jié)果表明隨多孔碳化硅陶瓷濾片厚

4、度由2.3 mm增加到7.5 mm過程中水的滲透通量呈線性下降；在厚度一定時，隨著開氣孔率的增加，水的滲透通量迅速提高；在50 MPa成型、870℃燒結(jié)時，制備出開氣孔率38.4%，抗壓強(qiáng)度83.2 MPa，氣體滲透率為361.82 m3/m2·h·kPa的多孔碳化硅陶瓷支撐體。
　　其次，采用機(jī)械攪拌與水浴加熱相結(jié)合的方式，加入分散劑、消泡劑等，配制穩(wěn)定懸浮的碳化硅陶瓷漿料。羧甲基纖維素鈉（CMC）溶液的粘度和CMC濃度呈指數(shù)形

5、式增加，溶液靜置至60 h過程中，粘度升高，隨后不斷降低；加入不同粒徑碳化硅后，流體的粘度與固含量呈指數(shù)關(guān)系；固含量相同時，CMC含量越高，漿料懸浮穩(wěn)定性越好；CMC相同時，隨著固含量的增加，其懸浮穩(wěn)定性提高。沉降實(shí)驗(yàn)表明0.5%CMC、55%固含量的預(yù)制漿料，靜置2 h內(nèi)懸浮穩(wěn)定性為100%，5 h時懸浮穩(wěn)定性為98%。
　　最后，在最大孔徑為65μm的Φ60 mm多孔碳化硅管外表面通過浸漬-提拉法制備濾膜。隨著漿料粘度和固含量