论文总字数：18775字

摘 要

目前市场上应用较广的膜为有机膜、陶瓷膜、多孔不锈钢膜，与传统的有机膜和陶瓷膜相比，多孔TiO₂/不锈钢复合膜具有机械强度高、化学稳定性好、膜密封简易等优点。实验室已成功研制出了性能较好的多孔TiO₂/不锈钢复合膜，但由于陶瓷与不锈钢基体之间的收缩应力不同导致膜的完整性有待提高。本论文采用溶胶-凝胶法配制成纳米级Al₂O₃溶胶，再将平均粒径为1µm的TiO₂颗粒均匀分散于Al₂O₃溶胶中，加入不同的有机添加剂配制成修补液，采用湿粉喷涂法将修补液均匀涂覆在有缺陷的复合膜表面。考察Al₂O₃溶胶以及有机添加剂的种类、浓度、烧结温度对修复效果的影响。

关键词：溶胶-凝胶法 TiO₂膜 不锈钢膜 修补

Research on the preparation and process of Porous TiO₂/stainless steel composite membranes

ABSTRACT

Currently, organic, ceramic and porous stainless steel membranes are commonly used devices available in the market, compared with traditional organic and ceramic membrane, the porous TiO₂/stainless-steel composite membrane enjoying obvious advantages like higher mechanical strength, better chemical stability, ease of welding, etc. A better performance of porous TiO₂/ stainless steel composite membranes have been successfully developed by the laboratory of us, but because of the shrinkage stress between the ceramic and stainless steel substrate leads to the integrity of membranes to be improved. In this paper, nano Al₂O₃ sol formulated through the sol-gel method, then TiO₂ particles which of the average particle size is 1µm uniformly dispersed in the Al₂O₃ sol, adding different organic additives to formulate repair solution, repair solution is uniformly coated on the surface of the defective composite membrane through wet powder spraying method. Al₂O₃ sol, different kinds of organic additives, sol concentration and sintering temperature which of the restorative effects to are investigated.

Key Words: Sol-gel; TiO₂ membranes; Stainless steel membranes; Repair

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 膜分离技术 1

1.2.1 膜的定义 1

1.2.2 膜的分类 2

1.2.3 膜的特点 2

1.3 陶瓷/金属复合膜的研究现状 4

1.4 陶瓷/金属复合膜的制备方法 5

1.4.1 悬浮粒子烧结法 5

1.4.2 溶胶—凝胶法 6

1.4.3 化学气相沉淀法 7

1.4.4 热喷涂法 7

1.5 多孔陶瓷/金属复合膜缺陷的修复 8

1.6 本课题的研究内容和目的 8

第二章 实验部分 9

2.1 实验原料和分析测试方法 9

2.1.1 实验原料 9

2.1.2 实验仪器 9

2.2 Al₂O₃溶胶及修补液的制备 10

2.2.1 溶胶凝胶法制备Al₂O₃溶胶 10

2.2.2 修补液的制备 10

2.3 TiO₂/不锈钢复合膜缺陷的修复 10

2.4 表征分析方法 10

2.4.1 Al₂O₃颗粒溶胶的表征 10

2.4.2 膜厚度的测定 10

2.4.3 孔径及气体通量测试 11

2.4.4 表面及断面形貌测试 11

第三章 实验结果与分析 13

3.1 有缺陷复合膜基体以及制膜材料的表征 13

3.1.1 有缺陷复合膜的表征 13

3.1.2 Al₂O₃溶胶的表征 13

3.1.3 氧化钛粉体 14

3.2 不同分散剂对修补效果的影响 14

3.3 不同有机添加剂对修补效果的影响 15

3.4 不同浓度的聚乙烯亚胺(PEI)对修补效果的影响 16

3.5 不同烧结温度对修补效果的影响 18

第四章 总结与展望 21

4.1 总结 21

4.2 展望 21

参考文献 23

致谢 25

第一章 文献综述

1.1 研究背景

近年来膜分离技术发展十分迅猛，与传统的分离技术相比，膜分离技术具有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，以至于膜分离技术广泛应用于化工、环保、食品、医药、电子、冶金、石油、饮用水净化、工业废水处理等各个领域^[1]。由于膜分离技术本身具有的优越性能，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术，因而称膜分离是第三次技术革命^[2]。

膜分离技术作为一项新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术得到广泛应用，新的膜过程不断地得到开发研究，如渗透汽化、膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放等过程的研究工作不断深入。目前膜分离技术的发展正处于从微滤、超滤、纳滤、反渗透、电诊折、膜电解、扩散渗析及透析等第一代膜过程向气体分离、蒸气渗透、全蒸发、膜蒸馏、膜接触器和载体介导传递等第二代膜过程过渡的时期^[3]。

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