烧结温度对陶瓷中空纤维膜性能的影响毕业论文
2022-03-28 20:53:49
论文总字数：15600字
摘 要
为了进一步改善多通道陶瓷中空纤维膜的孔径分布均匀性与韧性，以期获得性能最优的陶瓷中空纤维膜，本文根据相转换原理，采用干-湿法纺丝工艺制备了具有非对称结构的Al2O3多通道陶瓷中空纤维膜，系统考察了烧结温度对陶瓷中空纤维膜微观结构与性能的影响，具体研究内容包括采用扫描电子显微镜（SEM）观察多通道陶瓷中空纤维膜的微观结构；结果表明：多通道陶瓷中空纤维膜在高温烧结时没有产生新的物质，提高烧结温度，膜的孔隙率、平均孔径与纯水通量开始下降，弯曲强度得到提高。
关键词：干-湿法纺丝 多通道陶瓷中空纤维膜 烧结温度
Effects of Sintering Temperature on Ceramic Hollow Fiber Membranes
ABSTRACT
To improve uniformity of pore diameter distribution and toughness of multi-channel hollow fiber membranes, hollow fiber porous Al2O3 supports were prepared by phase inversion. Effects of sintering temperature on microstructures and performances of multi-channel hollow fiber membranes were studied systematically. The detailed research contents were given as follows. Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the microstructure of multi-channel hollow fiber membranes. Multi-channel ceramic hollow fiber membranes did not produce new material at high temperature. And increasing the sintering temperature, the porosity, permeability and pore size of the membranes were decreased, and the bending strength was increased.
Key Words: Dry-wet spinning process; Multi-channel hollow fiber membranes; Sintering temperature
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 文献综述 1
1.1 引言 1
1.2 陶瓷中空纤维膜的研究概况 1
1.3 陶瓷中空纤维膜的干-湿法纺丝工艺 2
1.3.1 相转化机理 2
1.3.2 干-湿法纺丝工艺 3
1.3.3 陶瓷中空纤维膜的微观形态结构 4
1.3.4 陶瓷中空纤维膜结构性能的影响因素 4
1.4 本文研究的目的和主要内容 6
第二章 陶瓷中空纤维膜的制备与表征 7
2.1 引言 7
2.2 实验部分 7
2.2.1 实验所用试剂及主要实验仪器 7
2.2.2 多通道陶瓷中空纤维膜的制备 9
2.3 样品表征 10
2.3.1 定性表征 10
2.3.2 定量表征 10
2.4 结果与讨论 11
2.4.1 多通道陶瓷中空纤维膜的SEM表征结果 11
2.4.2 烧结温度对多通道陶瓷中空纤维膜性能的影响 13
2.5 本章小结 16
第三章 结论与展望 17
3.1 结论 17
3.2 展望 17
参考文献 18
致谢 20
第一章 文献综述
1.1 引言
21世纪，膜分离技术应用前景十分广阔。膜分离技术，具有节能、高分离效率、操作方便和对环境友好等一系列优点。在资源日趋短缺，能源日益紧张，生态环境逐渐恶化的当今世界，膜分离技术已被广泛应用于食品、化工、能源、医药等各个领域。
陶瓷膜是一种新型的分离膜，陶瓷膜技术是近年来国际上发展迅速的高新技术之一[1]。作为一种新型的膜分离介质，与诸多有机聚合物膜相比，无机陶瓷膜具有很多优势。无机陶瓷膜具有机械强度高、耐化学腐蚀、抗微生物能力强、耐高温、分离选择性好等优势，所以在化工生产、海水淡化、药物制造等各个领域中获得广泛应用。当然，无机陶瓷膜也存在一些缺陷：材质单一、价格昂贵等。
与传统多通道管式或者平板式构型的膜相比，新型陶瓷中空纤维膜除了具备传统陶瓷膜自身优点以外，还具有以下几个优点：机械强度高、膜组件小、制造成本低、单位有效过滤面积大、装填膜密度高等优势[2,3,4,5]。这有利于膜通量与分离效率的提高。因此，以中空纤维作支撑体所制备的分子筛膜在渗透通量和装填膜面积等方面都表现出明显的优势，工业应用前景十分广阔。因此制备出适合分子筛膜生长的多通道中空纤维支撑体是首要研究任务。
对于分子筛膜的合成，多孔支撑体需要在保证较高机械强度与渗透性的基础上，具备合适的孔径分布[6]。以多通道陶瓷中空纤维膜的制备为研究中心，本文仔细讨论了烧结温度对陶瓷中空纤维膜的微观形貌特征、孔径分布、纯水通量、孔隙率以及机械强度的影响。
1.2 陶瓷中空纤维膜的研究概况
早期中空纤维膜主要采取聚合物有机材料，但有机中空纤维膜具有PH值分布范围窄、不耐高温、孔径分布宽、渗透率低、容易水解等缺陷，限制其工业化发展。近些年来，以无机陶瓷为膜制备材料的陶瓷中空纤维膜受到广泛研究。其具有机械强度高、化学稳定性好和孔径分布窄等优点。因此在严格的操作条件(如高压、高温、强酸强碱性、腐蚀性介质等)下依然具有良好的分离性能。国外有关陶瓷中空纤维膜的研究在二十世纪90年代初得到初步发展，陶瓷中空纤维膜的主要制备方法有干-湿法纺丝、反应结合成型技术(RBAO)、静电纺丝等。
静电纺丝法是利用几千至上万伏高压静电，在电场力的作用下，通过针状纺丝装置时聚合物液滴被加速，形成喷射细流。在喷射过程中细流中的溶剂蒸发。但是静电纺丝法的缺陷也很明显：工作原理比较复杂、生产的纤维膜杂乱、用于生产的天然高分子有限、产品应用处于实验阶段、产品结构性能研究不够完善。工业生产中，静电纺丝法需要高压条件，对工业设备要求较高。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝
反应结合成型技术(RBAO) 是一种新型的制备Al2O3陶瓷中空纤维膜的反应成型工艺[7]。原料中添加铝粉，经空气加热后生成Al2O3，从而有效减少了体积收缩，降低了烧结温度，提高了力学强度。反应结合成型技术(RBAO)通常与干-湿法纺丝工艺相结合制备陶瓷中空纤维膜。
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