碳化硅非对称过滤膜管的制备与性能

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非对称陶瓷膜是包含支撑体、过渡层和过滤膜层的两层及以上结构构成的层状复合膜,既能形成一种无缺陷、具有分离功能的顶层过滤膜,同时又能减少膜的渗透阻力,保证膜的机械强度和渗透通量,具有工业实用价值。本文制备了碳化硅复相多孔陶瓷支撑体,在此基础上探讨了碳化硅过渡层和表面膜层的涂覆工艺。  采用凝胶注模法制备了管状碳化硅复相多孔陶瓷支撑体,讨论了影响凝胶注模工艺条件的因素,并系统研究了堇青石及石墨添加量、烧结温度对支撑体结构和性能的影响。结果表明:在1400℃烧结温度下,当碳化硅含量为70 wt%,堇青石、A12O3、石墨添加量均为10 wt%时,支撑体性能最佳:孔隙率达到42.84%,抗弯强度为40.3 MPa;可获得以SiC为主晶相、堇青石和莫来石为次晶相的三相共存陶瓷支撑体。  使用浸涂法在支撑体表面制备碳化硅过渡层,通过控制浸浆时间能够调控过渡层的厚度。过渡层最佳烧结温度为1000℃,此时过渡层平均孔径达到0.86μm。从显微结构可以看出过渡层连续光滑,与支撑体之间界限明显。  不同粒径的碳化硅对过滤膜的孔径分布与显微结构有重要影响。球磨4h后的碳化硅粉体颗粒大小均匀,且分布较窄,制得的微滤膜孔径分布在0.22~0.49μm的范围内。0.1 MPa压力下,过滤膜的纯水通量为595.4 L/(m2·h)。从断面能够清楚地分辨出过滤膜、过渡层及支撑体三层结构,表面膜层厚度约为8μm;过渡层厚度为23μm左右。
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