亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        平板陶瓷支撐體的制備與表征

        2020-12-21 03:58:22李岱李順裴廣斌馬騰琪

        李岱 李順 裴廣斌 馬騰琪

        摘? ?要: 采用平均粒徑10 μm和5 μm的氧化鋁粉為主要原料,通過顆粒級配,制備出孔徑分布較窄的陶瓷支撐體,并研究顆粒級配對陶瓷支撐體相關(guān)性能的影響。研究表明:隨著5 μm氧化鋁粉比重增大,陶瓷支撐體孔隙率減小,抗壓強度增大,平均孔徑減小,氣體通量減小;當10 μm氧化鋁粉與5 μm氧化鋁粉質(zhì)量比為1:1時,所得陶瓷支撐體孔徑分布最窄,孔隙率為43.5%,抗壓強度為25.8 MPa,平均孔徑為0.6 μm,氣體通量為21.9 m3/(m2·h)(△P=0.1 bar)。

        關(guān)鍵詞: 陶瓷支撐體;氧化鋁粉;顆粒級配;孔隙率;孔徑分布;氣體通量

        中圖分類號:TQ174? ? 文獻標識碼:A? ? 文章編號:2095-8412 (2020) 05-001-05

        工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI: 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.05.001

        引言

        20世紀80年代,陶瓷過濾膜開始實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。陶瓷過濾膜因其化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕性能優(yōu)異、力學(xué)性能優(yōu)良、易洗滌再生等優(yōu)點而逐漸被工業(yè)界所接受,在化工、食品、環(huán)保等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-3]。陶瓷過濾膜是一種多孔梯度材料,在結(jié)構(gòu)上包括分離層、過渡層及支撐體三部分。支撐體作為陶瓷過濾膜的基底材料,是保障陶瓷過濾膜機械性能的關(guān)鍵。因此,制備具有優(yōu)異機械性能和滲透性能的陶瓷支撐體,是制備具有優(yōu)異性能的陶瓷過濾膜的前提條件。

        目前,陶瓷支撐體多以類球形氧化鋁(Al2O3)為主料。在生產(chǎn)過程中,采用蜂窩陶瓷擠出成型方式制備生坯,經(jīng)高溫煅燒后,即可獲得具有孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷支撐體[4]。在高溫作用下,顆粒間形成頸部連接,使支撐體具有一定的機械強度。根據(jù)粉末燒結(jié)理論,物質(zhì)的擴散除受溫度影響外,還與粉體顆粒的形貌和大小相關(guān)[5],因此顆粒的形狀、粒徑及粒度分布直接影響陶瓷支撐體的孔道結(jié)構(gòu)及氣孔率。

        關(guān)于粉體的平均粒徑及粒徑分布[6-9],成型方法[10],成型過程中所用粘結(jié)劑和造孔劑的種類、用量,燒結(jié)工藝[11]等對支撐體性能的影響,目前均有報道。但是,通過對商品化平板陶瓷過濾膜及現(xiàn)有文獻的綜合分析,發(fā)現(xiàn)由于所用原料不同,現(xiàn)有支撐體孔徑?jīng)]有受到有效控制,孔徑分布較寬,為提高過濾精度和分離層強度,往往在支撐體和分離層間引入過渡層。但過渡層的存在增加了膜層的厚度,增大了過濾過程中的阻力,水處理成本增高;同時,引入過渡層使得平板陶瓷過濾膜的制備工序復(fù)雜化,致使缺陷率增加,生產(chǎn)周期延長,生產(chǎn)能耗增大,產(chǎn)品成本提高。

        本文采用不同粒徑分布的兩種氧化鋁粉體進行顆粒級配,輔以適量的粘結(jié)劑和造孔劑,通過蜂窩陶瓷擠出成型工藝制備孔徑分布均一的平板陶瓷支撐體。該平板陶瓷支撐體可直接用于分離層的涂覆,省去了過渡層,降低了陶瓷過濾膜的生產(chǎn)成本。此外,研究顆粒級配對陶瓷支撐體孔隙率、孔徑大小、孔徑分布、氣體通量及抗壓強度的影響。

        1? 實驗

        1.1 實驗材料及儀器

        1.1.1? 實驗材料

        (1)主料:平均粒徑10 μm氧化鋁粉體和平均粒徑5 μm氧化鋁粉體;

        (2)粘結(jié)劑:羥丙基甲基纖維素;

        (3)造孔劑:玉米淀粉;

        (4)燒結(jié)助劑:水洗高嶺土;

        (5)增塑劑:甘油。

        1.1.2? 實驗儀器

        (1)Master Sizer 3000激光粒度測試儀;

        (2)JHT10臺式雙運動混合機;

        (3)NHJ-50捏合機;

        (4)TL-150真空練泥機;

        (5)WHJ-15T液壓擠出機;

        (6)101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥機;

        (7)KSS-1750型高溫爐;

        (8)XM-50KN電子萬能材料試驗機;

        (9)TM3030場發(fā)掃描電子顯微鏡(SEM);

        (10)3H-2000PB泡壓法濾膜孔徑分析儀。

        1.2? 陶瓷支撐體的制備

        稱取總質(zhì)量為20 kg的氧化鋁粉(10 μm氧化鋁粉與5 μm氧化鋁粉的質(zhì)量比分別取1:0、1:1、1:2、0:1),外加一定量的粘結(jié)劑、造孔劑、燒結(jié)助劑后充分混合均勻,再將混合好的粉料轉(zhuǎn)入捏合機中,加入適量增塑劑和水捏合成泥料。再將泥料粗煉、陳腐、精煉、擠出成型、微波定型、暖風(fēng)干燥、切割整形、吹灰、煅燒(1 350℃,保溫2 h),制得厚度為6 mm、寬度為100 mm的中空平板狀陶瓷支撐體。

        1.3? 陶瓷支撐體性能的表征

        采用激光粒度測試儀測定原料的平均粒徑及分布,結(jié)果如圖1所示。采用SEM觀察樣品的形貌和微觀結(jié)構(gòu);按照GB/T 1966-1996[12]標準,采用阿基米德原理測定陶瓷支撐體的孔隙率和吸水率;通過電子萬能材料試驗機表征陶瓷支撐體的抗壓強度;采用泡壓法濾膜孔徑分析儀測試陶瓷支撐體的平均孔徑及孔徑分布、氣體滲透率和氣體通量。依據(jù)泡壓法的原理,陶瓷支撐體的孔徑與壓力的關(guān)系如Washburn公式:

        2? 結(jié)果與討論

        2.1? 顆粒級配對陶瓷支撐體孔隙率的影響

        圖2顯示了顆粒級配對陶瓷支撐體孔隙率的影響。例如,當10 μm氧化鋁粉與5 μm氧化鋁粉質(zhì)量比為1:1時,所得陶瓷支撐體的孔隙率為43.5%??梢钥闯觯弘S著平均粒徑5 μm氧化鋁粉的質(zhì)量百分比增大,陶瓷支撐體的孔隙率減小,但降低幅度不大,因此顆粒級配對陶瓷支撐體的氣體通量影響較小。這一結(jié)果驗證了Lee等[13]的研究結(jié)論。Lee等認為:在相同的煅燒條件下,小顆粒會部分填充到大顆粒堆積形成的孔道中,導(dǎo)致陶瓷支撐體中總的孔體積減小,孔隙率降低。

        2.2? 顆粒級配對陶瓷支撐體抗壓強度的影響

        圖3為顆粒級配對陶瓷支撐體抗壓強度的影響。例如,當10 μm氧化鋁粉與5 μm氧化鋁粉質(zhì)量比為1:1時,所得陶瓷支撐體的抗壓強度為25.8 MPa??梢钥闯觯谙嗤褵郎囟认?,隨著5 μm氧化鋁粉的質(zhì)量百分比增大,陶瓷支撐體的抗壓強度逐漸增大,這是由于細粉活性遠高于粗粉活性,促進了燒結(jié),加強了顆粒之間的頸部連接[14],提高了陶瓷支撐體的力學(xué)性能。

        圖4顯示了四種氧化鋁顆粒級配制得陶瓷支撐體的表面微觀結(jié)構(gòu)??梢钥吹?,大顆粒間主要依靠小顆粒粉體擴散形成頸部連接,隨著小顆粒粉體的增多,顆粒之間的接觸點或接觸面增多,連接頸部的面積增大,有助于顆粒度燒結(jié)。在高溫燒結(jié)的過程中,顆粒之間結(jié)合得更緊密。這為陶瓷支撐體力學(xué)性能隨著小顆粒粉體含量的增大而增大提供了證據(jù)。

        2.3? 顆粒級配對陶瓷支撐體平均孔徑及孔徑分布的影響

        圖5是顆粒級配對陶瓷支撐體平均孔徑的影響。例如,當10 μm氧化鋁粉與5 μm氧化鋁粉質(zhì)量比為1:1時,所得陶瓷支撐體的平均孔徑為0.6 μm。可以看出,10 μm氧化鋁粉制得陶瓷支撐體的平均孔徑明顯大于5 μm氧化鋁粉的情形。根據(jù)等徑球體堆積理論:單一尺寸的原料,孔徑只與顆粒的大小有關(guān),原料顆粒尺寸越大,陶瓷支撐體孔徑就越大[15]。隨著小顆粒粉體比重增大,陶瓷支撐體的平均孔徑逐漸減小,這是因為小顆粒填充了大顆粒之間的孔隙,促進了顆粒的有效堆積,小孔數(shù)量隨之增加[16]。因此,通過調(diào)控大小顆粒級配,可有效調(diào)配陶瓷支撐體的平均孔徑。

        圖6顯示了顆粒級配對陶瓷支撐體孔徑分布的影響。從圖6a、6d可以看出,單組分粉體制得陶瓷支撐體孔徑分布較寬,且大顆粒粉體制得陶瓷支撐體的孔徑分布寬于小顆粒粉體的情形。當兩種粉體進行級配時,所得陶瓷支撐體的平均孔徑變小,且分布變窄。這是因為小顆粒填充了大顆粒之間的孔隙,從而縮小了陶瓷支撐體孔徑分布寬度。分析可知,選用更小級別的粉體進行顆粒級配,則可得到更小孔徑、更窄孔徑分布的陶瓷支撐體。

        2.4 顆粒級配對陶瓷支撐體氣體通量的影響

        圖7顯示了顆粒級配對陶瓷支撐體氣體通量的影響。例如,當10 μm氧化鋁粉與5 μm氧化鋁粉質(zhì)量比為1:1時,所得陶瓷支撐體的氣體通量為21.9 m3/(m2·h)(△P=0.1 bar)??梢钥闯?,陶瓷支撐體的氣體通量隨著小顆粒粉體比重的增加而減小,這與陶瓷支撐體孔隙率和平均孔徑的變化趨勢一致。陶瓷支撐體孔隙率的降低和平均孔徑的變小都增大了陶瓷支撐體的過濾阻力,因而陶瓷支撐體的氣體通量呈逐漸減小的趨勢。

        3? 結(jié)論

        本文采用平均粒徑為10 μm和5 μm的氧化鋁粉進行顆粒級配,成功制備出孔徑分布窄的陶瓷支撐體。通過研究不同顆粒的級配對陶瓷支撐體相關(guān)性能的影響,得出以下結(jié)論:

        (1)隨著5 μm氧化鋁粉體比重的增大,制得陶瓷支撐體的孔隙率逐漸減小,平均孔徑和氣體通量逐漸減小,而抗壓強度則逐漸增大。

        (2)單一組分制得陶瓷支撐體的孔徑分布較寬,而進行顆粒級配所得陶瓷支撐體的孔徑分布變窄。

        (3)在10 μm氧化鋁粉與5 μm氧化鋁粉質(zhì)量比為1:0、1:1、1:2、0:1的情形中,質(zhì)量比為1:1的孔徑分布最窄。通過多級顆粒級配,可獲得平均孔徑更小、孔徑分布更窄的多孔陶瓷支撐體。

        基金項目

        洛陽市科技重大專項(項目編號:1901008A)

        參考文獻

        [1] 范益群, 漆虹, 徐南平. 多孔陶瓷膜制備技術(shù)研究進展[J]. 化工學(xué)報, 2013, 64(1): 108-116.

        [2] 徐南平. 面向應(yīng)用過程的陶瓷膜材料設(shè)計、制備與應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2005.

        [3] 吳澤霖, 王斌, 陳家才, 等. 高性能氧化鋁陶瓷膜支撐體的制備及表征[J]. 佛山陶瓷, 2019, 29(1): 10-14.

        [4] Tsuru T. Inorganic porous membranes for liquid phase separation[J]. Sep Purif Methods, 2001, 30(2): 191-220.

        [5] 周永欣, 林鈺青, 陳獻富, 等. 粉體顆粒參數(shù)對多孔陶瓷支撐體性能的影響[J]. 膜科學(xué)與技術(shù), 2016, 36(2): 81-85.

        [6] 劉豐利, 楊玉龍, 常啟兵, 等. 造孔劑對粉煤灰基多孔陶瓷膜支撐體的性能影響[J]. 中國陶瓷工業(yè), 2019, 26(2): 21-25.

        [7] 胡嗣勝, 漆虹, 徐南平,等. 成孔劑的量對多孔氧化鋁支撐體孔結(jié)構(gòu)的影響[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2005, 27(1):8-11.

        [8] 丁祥金, 張繼周, 寶志琴, 等. 氧化鋁多孔支撐體的研究[J]. 膜科學(xué)與技術(shù), 2000, 20(1): 17-21.

        [9] 丁貫保, 漆虹, 邢衛(wèi)紅, 等. 粒徑分布對氧化鋁多孔支撐體孔結(jié)構(gòu)的影響[J]. 膜科學(xué)與技術(shù), 2008, 28(5): 23-27.

        [10] 王煥庭, 劉杏芹, 周勇, 等. 多孔陶瓷支撐體膜材料的制備和表征[J]. 膜科學(xué)與技術(shù), 1997, 17(1): 47-52.

        [11] 漆虹, 邢衛(wèi)東, 范益群, 等. 低溫燒成高純Al2O3多孔支撐體支撐體的制備[J]. 硅酸鹽學(xué)報, 2010, 38(2): 283-288.

        [12] 多孔陶瓷顯氣孔率、容重試驗方法: GB/T 1966-1996[S].

        [13] Lee D Y, Kim D J, Kim B Y, et a1. Effect of alumina particle size and distribution on in filtration rate and fracture toughness of alumina-glass composites prepared by melt infiltration[J]. Mater Sci Eng A, 2003, 341(1-2): 98-105.

        [14] Wang Y H, Zhang Y, Liu X Q, et a1. Sol-coated preparation and characterization of macroporous -Al2O3 membrane support[J]. J Sol-Gel Sci Technol, 2006, 41(3): 267-275.

        [15] 周健兒, 楊玉龍, 常啟兵, 等. 顆粒級配對氧化鋁多孔陶瓷膜支撐體孔徑及抗折強度的影響[J]. 人工晶體學(xué)報, 2014, 43(8): 2125-2131.

        [16] Shiau F S, Fang T T, Leu T H. Effects of milling and particle size distribution on the sintering behavior and the evolution of the microstructure in sintering powder compacts[J]. Mater Chem Phys, 1998, 57(1): 33-40.

        作者簡介:

        李岱(1989—),通信作者,男,河南許昌人,研發(fā)工程師。研究方向:多孔結(jié)構(gòu)陶瓷。

        E-mail: taishan0526@163.com

        (收稿日期:2020-07-01)

        偷窥村妇洗澡毛毛多| 国产三级精品视频2021| 亚洲av无码久久精品色欲| 日韩av高清无码| 99久久精品国产片| 国产美女高潮流白浆视频| 国产98色在线 | 国产| 国产精品无套内射迪丽热巴| 天天中文字幕av天天爽| 亚洲av少妇一区二区在线观看| 久久精品国产亚洲av果冻传媒| 国产欧美亚洲精品a| 国产片三级视频播放| 国产蜜桃传媒在线观看| 国产欧美成人一区二区a片| 国产精品久久久久久妇女6080| 亚洲AV日韩AV高潮喷潮无码| 日本一区二区三区四区啪啪啪| 亚洲 中文 欧美 日韩 在线| 亚洲AV永久无码制服河南实里| 日本女优一区二区在线免费观看| 亚洲精品国产成人久久av| 少妇aaa级久久久无码精品片| 大陆一级毛片免费播放| 97久久久一区二区少妇| 国产成人午夜高潮毛片| 国产在线精品一区二区三区不卡 | 水蜜桃亚洲一二三四在线| 免费黄网站久久成人精品| 最近中文字幕精品在线| 亚洲国产精品无码专区在线观看| chinese国产乱在线观看| 国产精品成人久久一区二区| 国产自拍av在线观看视频| 国产高清在线精品一区| 久热爱精品视频在线观看久爱| 亚洲成人av大片在线观看| 山外人精品影院| 日韩在线看片| 日本av一区二区三区四区| 亚洲av无码国产精品色午夜字幕 |