天然矿物基质陶瓷膜制备科学研究

《天然矿物基质陶瓷膜制备科学研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、详细摘要陶瓷分离膜是近一、二十年来迅速发展起来的一种新型分离介质材料，鉴于其商分离效率、低能耗、对环境友好，加之耐高温、抗酸碱腐蚀、孔径分布窄和结构稳定等特点，在食品饮料，医药卫生，化工冶金，生物技术、新型能源和环境污染处理等方面获得愈来愈广泛的应用。但商品化的多孔陶瓷膜主要是取材氧化铝、氧化锆和氧化钛等，原料价格昂贵，烧结温度高，使得产品的造价居高不下，严重地限制了其应用推广，尤其是在环境污染处理等领域。另一方面，迄今的陶瓷分离膜，一般仅具有分离功能，尚不能满足人类生产和生活方面的多种需求。天然非金属矿物质材料的储量丰富，价格低廉，它们组成与结构繁多，往往具有许多

2、独特的物理化学特性，包括吸附、净化、除毒、抗菌、催化、药用等等功能，在维持自然界生态环境和谐共存中发挥了重要作用。它们从来就是陶瓷的取之不尽的传统原料，但是却很少被用于陶瓷膜的制备。本论文主要是以发展多功能、多用途和低成本的新型陶瓷膜为研究目标，以其诸多潜在应用为背景，从多种天然非金属矿物原料出发，研制了一系列管状多孔陶瓷膜；鉴于天然矿物的组成、缩构的复杂性，矿物基质陶瓷膜的制备为材科科学与工程学提供了新的研究课题，论文侧重于陶瓷膜及其微结构的形成进行材料制备科学研究，并进行了较全面的表征，此外还对多iL陶瓷的附加功能进行了初步评价。取得的工作进展和成果，分述如下：

3、l。从天然沸石出发研划了成本低、过滤性能良好同时还具有重金属离子交换功能的管状多孔陶瓷膜天然沸石是沸石族矿物的总称，呈架状结构，是一种含水的碱或碱土金属硅酸盐矿物。在结构上它们是由三维的si044’四面体格架所组成。沸石的结构决定了它具备离子交换性和吸附选择性等等独特的物化性能。我们以天然沸石为原料，研制了管状多孑L陶瓷膜管，并以此为载体研制了相同材料的非对称过滤膜。本工作详细研究了陶瓷膜的烧成过程，发现烧结温度高于1050℃时，体系中有Si．0玻璃生成，液相烧结起到主导的作用，陶瓷颗粒明显长大变圆，相应的孔径就急剧变大，从而导致多孔陶瓷的宏观性能，包括流体通量、力

4、学强度、离子交换和耐蚀性，都相应发生改变。在优化的实验条件下(1100℃×lh)，支撑体的平均孔径为6t6脚，孔隙率46％，中间层的平均直径为O．60岬，顶层膜HJ的孔径可望降至0．05啪。支撑体的氮气通量为248lmjm_2h’lbar～，纯水通量为26．6m3m‘2K1b矿1。天然沸石多iL陶瓷在1300℃烧结时的弯曲强度为30Mpa，已经能够满足陶瓷膜的馊用要求。陶瓷膜对水溶液中铅离子的吸附交换能力随材料制备温度而变。在900℃烧结的材料，具有良好的铅离子的吸附能力，达到7．13m∥g。用管状陶瓷膜吸附除去水中的重余属离子，可以连续操作，膜管可再生利用。因此，

5、可望对含有重金属离子的污水处理提供～条有效的技术途径，有待于做进一步的细致工作。2．廉价的硅藻土为原料，制备出硅藻土多孔陶瓷膜管硅藻士是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻遗体组成，矿物成分主要是蛋白石及其变种，其化学成分主要是Si02，具有孔隙率高、吸水性强和渗透性强等特性。其粉状材料已广泛用于啤酒、饮料、炼油、涂料、肥料、药品等液体过滤的助滤剂。我们尝试研制管状陶瓷分离膜。传统的管状陶瓷膜的都是以挤出法成型，在成型过程中势必会引入一些对人体有害的有机添加剂。我们利用硅藻±本身特有的易于成浆的特性，在不加任何添加剂的情况下，采用注浆成型法研制了的管状硅藻±陶瓷

6、膜。在优化的实验条件下(1150℃×2h)，样品的孔隙率可达53％，平均孔径4．0l“m，氮气流量为127．7m3珀L-2h。1bar～。材料的耐酸性良好，耐碱性稍差，但却可以利用这一特性对硅藻土多孔陶瓷膜管进行碱性预处理，可以将样品的氮气通量增至1189【n3m’2h_1bafl。3．以热电厂废弃物一粉煤灰为原料，成功制各出具有良好过滤性能、机械性能和抗熟震性能，特别在高温除尘方面有着广泛应用前景的堇青石和董青石多孔陶瓷膜管粉煤灰是发电厂粉煤在高温下燃烧得到的产物，它是一种离度分散的微细颗粒集合体，主要由氧化硅玻璃球组成，直径只有1～50微米左右，烧结活性高。我*

7、j以粉煤灰为主要原料，在高于1150℃温度下合成q一薹青石。优化的条件下(1300℃×2h)，材料的弯f}}l强度高达65Mpa，虽然本身是多孔材料，但是其强度仅略低于工程陶瓷的致密化堇青石的强度标准(70Mpa)，远远高于作为工程陶瓷的低密度堇青石的强度(13MPa)，热膨胀系数仅为4．2IxlO～6℃，材料可以承受超过40次的热震试验(1200℃～28℃)，可以满足苛刻的商温环境F的应用。通过加入淀粉造孔剂获得的优化陶瓷膜支撑体，平均孔径为2’35岍，孔隙率41．74％，氮气通量为2248lm3m也h。bar～，这大大超过了平均孔径和孔隙率基本相近的A120