论文部分内容阅读
与有机膜相比，无机多孔陶瓷分离膜具有耐高温、强度高、易于清洗再生、耐腐蚀、寿命长等优点，因而逐渐应用到食品、医药、化工、冶金、生物技术、海水淡化、环境工程（废水处理和水质净化）等领域。将陶瓷膜分离技术用于处理含油废水具有能耗低、分离效率高、使用寿命长和易清洗再生等优点，但目前仅限于商品氧化铝陶瓷膜用于含油废水的规模化处理，而且处理成本高，不利于大规模应用推广。采用高温烧结技术利用固体废弃物制备多孔陶瓷膜不仅可以减少固体废弃物的环境危害并实现其高效资源化，还能实现多孔陶瓷膜的低成本制备。本论文从固体废弃物的资源化利用以及降低陶瓷膜制备成本等角度出发，侧重研究了高温烧结技术固定固体废弃物中有害金属的反应机制，表征了所制备的微孔级多孔陶瓷膜的结构和渗透性能，并在含油乳化液废水处理方面进行了初步研究，取得了阶段性成果。主要包括如下几个方面: (1)多孔莫来石陶瓷膜的制备及油水乳化液分离效能研究。主要详细研究了高温下莫来石形成的反应机制以及添加剂WO3含量对莫来石多孔陶瓷膜性能的影响规律。结果表明，WO3的添加有利于降低针状二次莫来石的反应生成温度，其中W20（添加20 wt.％WO3）的二次莫来石生成温度相对于W0(未添加WO3)降低了约100℃，而且莫来石的含量也会显著增加。由于添加20 wt.％WO3的陶瓷膜W20含有大量高孔隙率、互锁的针状二次莫来石，其孔隙率和强度都有显著提高，在无造孔剂添加情况下，1400℃烧结后的孔隙率高达51.9±0.3％，且强度(68.7±6.1MPa)仍有提高。选用1400℃烧结后的陶瓷膜用于油水乳化液分离，发现W20膜的初始渗透通量虽小于W0膜，但油截留率远高于W0膜，高达96％～99％（W0截留率为78％-97％）。此外，W20还具有更好的抗污染能力。 (2)固废基NiAl2O4尖晶石陶瓷膜的制备。通过高温烧结技术将有害重金属镍固定于NiAl2O4尖晶石晶格结构中，进而制备出低成本多孔陶瓷膜。结果表明，镍离子可以稳定地固定于镍铝尖晶石晶格结构中，镍铝尖晶石相具有更好的耐腐蚀性。对于Ni-Al尖晶石基陶瓷膜而言，NiAl4复合膜（镍铝摩尔比为1∶4）显示出较高的孔隙率，在1400℃时孔隙率最高，达到36％。由于镍铝尖晶石和柱状莫来石的存在，NiAl4的孔隙率、机械强度、孔径分布、氮气通量都要优于纯铝矾土制备的多孔陶瓷膜Al。 (3)相转化-高温烧结法制备中空纤维尖晶石陶瓷膜。采用相转化法制备镍铝尖晶石基中空纤维膜，系统研究了铸膜浆料固含量、空气间距、外凝固浴组成、烧结温度等因素对镍铝尖晶石中空纤维膜的微观结构和性能的影响。结果表明，60 wt.％固含量制备的中空纤维膜管型比较规整，外芯液中乙醇体积分数对纤维膜断面指状孔和海绵层的分布及厚度比率有很大影响。当外芯液乙醇含量越高时，纤维膜的海绵层就越靠近外表面且变的更薄。采用60％体积乙醇做外芯液制备的纤维膜fiber7的指状孔长度占到整个横断面的84％，而海绵层厚度只占到横断面的16％。在1250℃烧结后，两纤维膜fiber7和fiber3（纯水做外芯液）的平均孔径非常接近，由于fiber7更高的表观孔隙率，因而其纯水通量更大。