白云石、铝矾土对黄土基陶瓷膜支撑体的性能影响研究

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以黄土为原料,采用滚压成型法制备陶瓷膜支撑体,选取铝矾土作铝源添加剂,白云石作造孔剂,在理论最佳硅铝比时,研究了烧结制度对支撑体的性能影响;采用Design Expert v8.0.6设计了三因素(铝矾土、黄土和滑石粉)三水平的响应试验,研究各因素对支撑体性能的影响;探究了石墨作为造孔剂对支撑体的性能影响。采用万能材料试验机,自组装置,压汞仪,SEM,XRD等对成品的机械强度,纯水通量,孔喉半径和分布范围,表面形貌,物相组成等性能进行测试表征。结果表明:烧结温度及保温时间与支撑体纯水通量及抗折强度均呈正相关,铝矾土、黄土、白云石按56.8 wt%、39.2 wt%、4 wt%的配比在烧成温度1140℃下,保温9 h可制成纯水通量4023.73 L·m-2·h-1·bar-1,平均孔喉半径2.466μm,孔隙率28.09%,抗折强度30.24 MPa,酸(碱)腐蚀2.27%(0.1%)的陶瓷支撑体;通过BBD模型优化确定最佳配比为铝矾土添加量40 wt%,白云石添加量10 wt%,滑石粉添加量8 wt%,此时支撑体抗折强度为45.37 MPa,纯水通量为8482.781 L·m-2·h-1·bar-1,平均孔喉半径为25.154μm,孔隙率为8.8%。其主要晶相为石英,刚玉,莫来石,钠长石,α-石英,堇青石,氧化铝铬。SEM图像显示其表面小孔数量多且分布均匀,联用EDS能谱确定SEM所观察到的晶体为细长的针状和放射簇状莫来石晶体;石墨可以改善支撑体的孔结构和透水性,在烧成温度为1080℃,1100℃和1120℃时,纯水通量都随石墨添加量的增加而增大,抗折强度反之,化学稳定性表现为耐酸不耐碱。确定最佳工艺条件为石墨添加量6 wt%,烧成温度1100℃,此时支撑体抗折强度为43.503 MPa,纯水通量为847.203 L·m-2·h-1·bar-1,孔隙率为16%,平均孔喉半径为2.388μm,酸(碱)腐蚀率为1.0773%(0.361%)。SEM图中观察到了透辉石,石英,磷铝石以及钙长石晶体,与XRD的物相表征一致。图35幅,表9个,参考文献54篇。
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