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陶瓷膜具有热稳定性好、机械强度高、化学稳定性好、耐微生物腐蚀、易于清洗等优点,近年来,在水处理领域得以快速推广应用。用于水处理的陶瓷膜包括三个部分,支撑体、过渡层和分离层。
采用碳化硅晶须增韧支撑体,从而提高整个陶瓷膜的韧性。以氧化铝作骨料、以晶须作增韧剂、高岭土作助烧剂和淀粉作造孔剂,模压成型,高温烧结,得到复合氧化铝陶瓷支撑体。
分离层采用溶胶-凝胶法制备,以异丙醇铝作先驱体、水为溶剂、硝酸作胶溶剂,85℃下恒温搅拌25h制得稳定透明的勃姆石溶胶,在溶胶中添加分散剂、消泡剂制得均匀性非常好的分离层。
研究了增韧剂碳化硅晶须、助烧剂高岭土、造孔剂淀粉的添加量和成型压力对支撑体各项性能影响,分析比较了各种分散剂和消泡剂对溶胶性质的影响。结果表明:(1)碳化硅晶须和氧化铝按质量比2∶3混合作为骨料,可以使支撑体的韧性大幅度提高,抗弯强度从4MPa/m2提高到13.6MPa/m2,并且使支撑体的孔径更加均匀;(2)由于单纯依靠晶须的架桥作用形成的孔径不能满足要求,支撑体中加入淀粉作为造孔剂,加入量为10%;(3)为了降低烧结温度,添加了助烧剂高岭土,加入量20%时效果最佳;(4)成型压力对支撑体性能的影响也比较大,压力过大影响支撑体的孔隙率,压力过小影响支撑体强度,实验选择成型压力为4Mpa;(5)以异丙醇铝为先驱体制备溶胶时,水铝摩尔比为100∶1,水解温度在85℃,回流搅拌25小时以上,可得到澄清的溶胶;(6)通过添加0.15%的分散剂Disponer-W511,0.02%的消泡剂DformW-0506,可以大大提高膜的均匀性。
实验证明,与现有方法制备的陶瓷膜相比在性能上有较大的提高。抗弯强度超过13MPa/m2、抗压强度超过11MPa、容重在1.5左右、酸碱腐蚀重量损失率均小于1%。膜孔径在0.1-1μm之间,平均孔径为0.4μm。0.1MPa压力下,清水通量为0.05ml/cm2·min,0.2MPa压力下,清水通量为0.09ml/cm2·min。