氮化硅基陶瓷膜的制備及膜蒸餾應(yīng)用研究.pdf

1、隨著世界人口的增長和工業(yè)化水平的提高，人們在對能源不斷索取之余，淡水資源這一人類生存必需品也列入各國爭取的目標(biāo)。在天災(zāi)、人為等因素的影響下，本就儲量很少的淡水資源更加匱乏，非洲、中東地區(qū)尤為嚴(yán)重。我國部分省市也長期處于干旱情況，嚴(yán)重地區(qū)已經(jīng)影響到人民的日常飲用水問題。解決水資源問題迫在眉睫。
　　海水淡化技術(shù)是一種有效獲得淡水資源的工藝，龐大的海水資源為海水淡化提供了足夠的原材料。在二十世紀(jì)中期開始使用以來獲得蓬勃發(fā)展，美國在19

2、54年建成的海水淡化工廠至今仍在運(yùn)行，源源不斷的提供著日常用水。近年來，海水淡化工業(yè)在中東地區(qū)發(fā)展迅速。蓬勃的石油交易為其提供了大量的研究資金，極度水資源匱乏也迫使當(dāng)?shù)厝送度氪罅咳肆ξ锪戆l(fā)展海水淡化這一淡水資源開源增量工程。
　　膜蒸餾過程是一種有效的海水淡化工藝，但是自從1963年被人發(fā)現(xiàn)以來，依舊未完全在工業(yè)中實(shí)施。最近，膜蒸餾膜工程（比如膜的設(shè)計、制備和膜蒸餾性能測試）越來越受到大家的關(guān)注，膜蒸餾技術(shù)發(fā)展迅速。膜蒸餾技術(shù)的

3、關(guān)鍵點(diǎn)就是分離膜材料的研究，尋找一種有效、高效、長效的分離膜蒸餾膜材料是其發(fā)展的重中之重。
　　本文的宗旨是探索一種能夠穩(wěn)定運(yùn)行的有發(fā)展?jié)摿Φ哪げ牧?，在前人的研究中了解到，有機(jī)膜在高溫海水這種環(huán)境下穩(wěn)定性存在問題，基于本實(shí)驗(yàn)室的前期研究成果，本文研究重點(diǎn)為高度穩(wěn)定的非氧化物陶瓷膜。分別從陶瓷膜的制備、表面修飾改性、膜蒸餾性能等方面進(jìn)行穩(wěn)定膜蒸餾用陶瓷膜的探索。具體分為以下幾個部分。
　　第一章介紹當(dāng)前水資源現(xiàn)狀，淡水需求的迫

4、切性;海水淡化工藝的工業(yè)化情況及當(dāng)前海水淡化工藝的缺陷;膜蒸餾技術(shù)的工作原理及阻礙膜蒸餾工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的障礙;陶瓷膜的制備及改性方法。最后闡述了整個研究思路。
　　第二章簡單介紹了實(shí)驗(yàn)過程中用到的原料和儀器。
　　第三章介紹兩部分的研究:一是β-Sialon陶瓷纖維管膜的成型和燒結(jié)。使用相轉(zhuǎn)化擠出成型配合燒結(jié)的方法成功獲得纖維管膜，通過有效漿料中分散劑種類、含量和漿料組分配比獲得穩(wěn)定均一的漿料，并且通過調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度等條件對陶

5、瓷膜的性質(zhì)進(jìn)行了表征和優(yōu)化;二是氮化硅和β-Sialon陶瓷平板膜制備和表征。使用相轉(zhuǎn)化流延和燒結(jié)的放法制備了氮化硅平板膜。通過優(yōu)化陶瓷膜的漿料配比、燒結(jié)溫度等條件，成功獲得了高強(qiáng)度和高孔隙率的氮化硅和β-Sialon陶瓷平板膜。
　　第四章介紹陶瓷膜的表面修飾改性，并且對于已經(jīng)改性好的陶瓷膜進(jìn)行膜蒸餾過程測試。陶瓷膜的天然親水性使其不適用于膜蒸餾過程，其表面改性過程是提高其使用壽命，使其具有投入工業(yè)生產(chǎn)淡水潛力的一個關(guān)鍵步驟，主

6、要包括三種改性方法:(1)表面嫁接氟硅烷分子;(2)表面氯硅烷氨解聚合熱解無機(jī)納米顆粒修飾;(3)表面聚二甲基硅氧烷熱解修飾。三種修飾方法都成功達(dá)到表面改性的目標(biāo)，并且都在膜蒸餾過程中具有分離作用獲得了純水。但是其長期穩(wěn)定性卻不相同，氟硅烷有機(jī)分子嫁接穩(wěn)定性明顯劣于熱解修飾。
　　第五章在獲得穩(wěn)定實(shí)用的陶瓷膜基礎(chǔ)上盡可能的提高陶瓷膜膜蒸餾的通量。通過改進(jìn)陶瓷膜的成型過程，使用石墨犧牲層的雙層流延以及熱壓工藝，有效地提高了陶瓷膜的物