MMA注凝成型制備粉煤灰漂珠陶瓷膜及其過濾性能研究.pdf

1、陶瓷膜具有出色的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐高溫、壽命長等優(yōu)勢，在人類生活生產(chǎn)的多個(gè)領(lǐng)域扮演了越來越重要的角色。綠色化、低成本、高效率的陶瓷膜制備工藝研究及其應(yīng)用研究具有重要的意義。本課題選用雜質(zhì)少、產(chǎn)量大、價(jià)格低廉、燒結(jié)溫度低的粉煤灰漂珠作為制備陶瓷膜的原料，旨在為粉煤灰資源化及優(yōu)化陶瓷陶瓷膜制備工藝提供數(shù)據(jù)與理論的支持。
　　陶瓷膜的支撐體以注漿成型法進(jìn)行制備。選用聚乙烯醇為增塑劑，聚乙二醇20000為分散劑，可溶性淀粉為造孔劑。造

2、孔劑用量增加有助于提高支撐體的孔隙率，但會導(dǎo)致其孔徑變大、孔徑分布不均，實(shí)驗(yàn)表明造孔劑最佳添加量為15wt％。漿料由粉體、增塑劑、分散劑、造孔劑和蒸餾水依比例100:3:1:15:70配制，注模成型后生坯在1050℃下燒結(jié)2h，得到孔隙率44.20%，抗彎折強(qiáng)度33.00MPa，平均孔徑3.74μm，純水通量3278.4 L·m-2·h-1的支撐體。
　　陶瓷膜分離層生坯選用注凝成型工藝進(jìn)行制備。為了改善傳統(tǒng)注凝體系存在的弊端，本

3、課題研究了以甲基丙烯酸甲酯（MMA）為單體的非水基注凝成型體系，利用MMA本體聚合將陶瓷粉料固定成型。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了MMA預(yù)聚合及漿料中MMA預(yù)聚液含量對分離層注凝成型的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：微波加熱可以縮短聚合誘導(dǎo)期、加速反應(yīng)；增加引發(fā)劑用量加速了聚合反應(yīng)，對凝膠固化時(shí)長沒有影響；延長預(yù)聚合時(shí)間有助于縮短漿料凝膠固化時(shí)長、減小體積收縮、提高單體轉(zhuǎn)化率，這對注凝成型更為有利；提高漿料的液固比將導(dǎo)致分離層孔隙率上升、抗彎折強(qiáng)度降低、平均孔徑

4、增大、孔徑分布均勻性下降；提高M(jìn)MA預(yù)聚液含量使?jié){料流變性下降，應(yīng)將用于涂膜的漿料黏度控制在3000～6500mPa·s。綜合以上因素，MMA預(yù)聚合的最佳條件為微波340W、BPO用量1.0wt%，預(yù)聚合6min后得到粘均分子量0.80×104、特性黏度8.68mL/g、動力粘度1075 mPa·s的預(yù)聚液，再與粉體骨料混制成漿料。漿料中MMA預(yù)聚液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%～50%時(shí)，對分離層的涂制最為有利。
　　陶瓷膜的支撐體和分離層在

5、燒結(jié)過程中具有相同的物相組成和微觀形貌變化：隨著燒結(jié)溫度由1000℃升至1100℃，粉料中的SiO2逐漸熔融，并與FeO、Al2O3發(fā)生反應(yīng)生成鐵堇青石；熔融液相的擴(kuò)散及莫來石、鐵堇青石晶粒的發(fā)育，導(dǎo)致陶瓷體的微觀結(jié)構(gòu)致密化，陶瓷膜抗彎強(qiáng)度、耐腐蝕性能隨燒結(jié)溫度升高增強(qiáng)，孔隙率、重金屬浸出濃度及平均孔徑發(fā)生下降，孔徑分布變窄。故在支撐體生坯表面涂制分離層后，可一次性進(jìn)行共燒結(jié)。燒結(jié)的最佳溫度為1050℃，制得復(fù)合陶瓷膜的孔隙率43.16

6、%，抗彎強(qiáng)度36.04MPa，純水通量2661.91 L·m-2·h-1，耐酸、堿腐蝕質(zhì)量損失率為0.27%、0.10%，其中分離層的平均孔徑僅為0.86μm。MMA注凝成型工藝制備的粉煤灰漂珠復(fù)合陶瓷，膜較傳統(tǒng)工藝具有更加出色的性能。
　　粉煤灰漂珠陶瓷膜具有微濾性能，為進(jìn)一步提高膜過濾效果，本課題研究了以陶瓷膜為基膜，多壁碳納米管（MWNTs）為預(yù)涂膜顆粒的動態(tài)膜。重點(diǎn)研究了MWNTs尺寸、濃度及跨膜壓差對動態(tài)膜過散染料濾分性