石油焦基管式炭膜孔结构及强度控制

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1、摘要炭膜是由含碳物质经高温炭化制成的一种新型无机分离膜，与有机膜相比，不仅具有耐高温、耐酸碱和化学溶剂以及较高的机械强度外，而且还具有均一的孔径分布和较高的渗透能力及选择性等优点。在气体分离和回收，腐蚀性液体的分离以及污水处理等方面将获得广泛的应用。但是由于目前对炭膜膜孔分布缺乏有效的调控，仅限于实验室阶段。因此，探究各种有效的调孔方法，提高炭膜的机械强度，加快其在工业化的应用是炭膜研究的主要方向。本论文选用石油焦为原料，采用粘结成型方法制备管式炭膜。考察了原料粒度的大小，掺入中温沥青、酚醛树脂、玉米淀粉等添加剂以

2、及添加剂的添加量等对管式炭膜性能的影响。通过采用气泡法测定孔径及孔径分布、通量测试、强度测试、SEM等多种手段对管式炭膜性能及形貌特征进行了系统的分析研究，其中管式炭膜的膜孔结构及强度的控制是本实验研究的重点。研究表明，在不加入任何添加剂的情况下，随着球磨时间的延长，原料的平均粒径不断的减小，分布范围明显变窄；所制得的炭膜的孔径随之减小，管式炭膜的强度随之增大。因此合理地控制球磨时间可以调整炭膜的孔径，并有效地提高管式炭膜的机械强度。以中温沥青为添加剂的炭膜的孔径除最大孔径大于原始孔径外，其平均孔径及最d,；fL径

3、均减小；以酚醛树脂为添加剂时，炭膜最大孔径、平均孔径以及最小孔径均增大。酚醛树脂添加剂的加入使炭膜的孔径增大而中温沥清则减小，但其强度相反；以淀粉为添加剂时炭膜的孔径增大，但是其对炭膜的强度无影响。在球磨时间为2h一定的情况下，只有中温沥青为添加剂的炭膜的平均孔径减小，由无添加剂时的0．214pm减小到0．174pm；其余三种添加的孔径均增大，其中以田菁粉为添加剂的炭膜的平均孑L径由无添加剂时的0．214pm增大到0．319pm。中温沥青为添加剂的炭膜的强度值最大，抗压强度达13．68N／mm，抗折强度达24．54

4、MPa。而以田菁粉为添加剂的炭膜的强度值最小，抗压强度达4．40N／mm，抗折强度达5．65MPa。有机物萘的加入使炭膜的孔径明显增大，在不降低其强度的同时，其平均孔径及最小孔径分别高达o．38lgm和O．3llxm；孔隙率高达40．36％。关键词：管式炭膜；石油焦；孔结构；强度；添加剂AbstractCarbonmembraneismadebythecarbonmaterialwhichcarbonizedathi曲temperature．Asanewtypeofinorganicmembrane，incompa

5、risonwiththeorganicfilm，notonlyhasthehi曲temperature，acidandchemicalsolventsaswellashi班mechanicalstrength，butalsohasauniformporesizedistributionandhi班permeabilityandselectivityandSOon．Inthegasseparationandrecycling，separationofcorrosiveliquidsandsewagetreatment

6、，itwillbehaveawiderangeofapplications．Tobeusedinindustry,furtherexplorationandresearchwereneeded．Therefore，explorevariouseffectivemethodstoimprovethetoneholesandthemechanicalstrengthofcarbonmembranetoacceleratetheirindustrialization．Inthispaper,petroleumcokeus

7、edasrawmaterialpreparedbybondingformingtubularcarbonmembrane．Examinedthesizeofrawmaterialparticlesize，mixedwithamediumtemperaturepitch，phenolicresin，cornstarchandotheradditives，aswell嬲addingtheamountofadditivessuchaspairsoftubularcarbonmembraneperformance．Dete

8、rminationofporesizethroughtheuseofabubbleandtheporesizedistribution，thefluxtesting，strengthtesting，SEMandothermeansoftubularcarbonmembraneperformanceandmorphologycharacteristicsofa