Y2O3-ZrO2/Al2O3超滤膜的研制及其传质机理的研究

来源 :河北理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengyicai2010
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氧化锆(ZrO2)膜由于其具有良好的化学与热稳定性,良好的催化和选择透氧性,近年来备受关注。溶胶-凝胶法(Sol-Gel)是制备氧化锆多孔膜最主要的方法之一。采用溶胶-凝胶法在氧化铝(Al2O3)基体上以氧氯化锆(ZrOCl2)为前驱体,硝酸钇(Y(NO33)为晶型稳定剂,六次甲基四胺((CH2)6N4)为水解促进剂,制备掺钇氧化锆(YSZ)超滤复合膜。研究溶胶-凝胶法制备YSZ超滤复合膜的工艺参数对膜的结构和性能的影响。试验结果表明添加1/4体积等浓度水解促进剂、5%聚乙烯醇(PVA)和进行一定时间的超声处理可制得粘度适宜、涂膜性能良好的溶胶;未掺钇氧化锆的晶相转变温度较常规制备工艺有很大提高,在630℃才发生四方到单斜晶相的转变;通过对YSZ粉末测试结果表明,8%Y(NO33对ZrO2晶型起到很好的稳定作用,在700℃、800℃及900℃的热处理过程中ZrO2晶相始终保持四方晶相。从干燥工艺、涂膜时间、烧结工艺及涂膜次数等工艺参数中找到最佳组合,确定YSZ膜主要结构参数,并借助扫描电镜和气体渗透等测试手段对YSZ超滤膜的表面形貌、晶型稳定性及气体的渗透特性等进行表征和分析,结果制得了平均孔径约为20nm、膜厚度为5μm的超滤膜,为YSZ超滤膜的应用打下基础。利用简化的尘气模型和Henis阻力模型建立了YSZ超滤复合膜的渗透阻力模型,并通过试验验证了模型。利用阻力模型考察了膜结构参数(顶层有效孔隙率、厚度及孔径)对整个膜传质阻力的影响。结果表明膜顶层结构参数对氮气在整个复合膜的传质阻力影响很大。特别是当孔径和有效孔隙率都比较小时,随着膜顶层厚度的增加,膜顶传质阻力成为整个复合膜传质阻力的重要部分。这些研究结果对膜的制备具有一定的指导意义。
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