具有吸附功能的陶瓷基体的制备及镀膜工艺的研究

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目前已商业化的多孔陶瓷基体主要以工业级氧化铝为原料,存在原料成本较高,能耗高等问题。因此,有必要开发廉价的矿物原料来制备多孔陶瓷基体。陶瓷膜应用于传统膜处理技术,如废水处理中,往往只考虑其截留功能。这样,截留的分子越小,需要的膜孔径就越小,相应的膜通量就越小,处理效率越低。本文从原料化学成分角度出发,为陶瓷基体原料的选择提供了一种设计计算的新思路,并将膜分离技术与吸附技术结合,得到一种具有双重功能的陶瓷膜。将常用陶瓷基体原料高岭土、滑石粉、凹凸棒士、陶土和粉煤灰按照化学成分进行复配,得到主要化学成分差距较大的几种原料粉体,经半干压成型工艺制备出相应的基体,分别表征其原料粒度分布、基体平均孔径、孔径分布、XRD及压缩强度,结果表明:基体的性能与原料中化学成分的组成密切相关,A1203含量多少决定了基体的压缩强度,Si02和MgO的含量影响了基体的孔径大小和分布,Fe203等微量组分则起到烧结助剂的作用。通过对性能及成本的综合考察,确定了以陶土、粉煤灰为原料来制备多孔陶瓷基体。考察了原料吸附性、原料配比、烧结温度对陶瓷基体性能的影响,确定了最佳制备条件:陶土和粉煤灰质量比8:2,升温速率1℃/min,烧成温度900℃。在此条件下制得的陶瓷基体的孔隙率为38.64%,孔径分布区间在5-1000nm,纯水通量52.89L/m2·h,压缩强度17.92MPa。对模拟印染废水、磷酸盐废水和铁离子废水分别进行处理,均具有较好的效果,证明该基体不仅对大分子有截留作用,对小于其孔径的小分子还存在吸附作用。为进一步改进陶土-粉煤灰基体的孔径分布,采用电化学辅助溶胶-凝胶法和固态粒子烧结法对基体表面进行了镀膜研究,结果表明固态粒子烧结法可在基体表面制得完整膜。采用固态粒子烧结法制得的凹凸棒土膜孔径分布为5-17nm,膜厚度为20μm,并对磷酸盐废水和铁离子废水具有良好的吸附作用。
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