高性能陶瓷多孔膜制备表征及膜蒸馏海水淡化应用的研究论文.pdf

u n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fc h i n a ad i s s e r t a t i o nf o rd o c t o r sd e g r e e p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o n o fh i g h p e r f o r m a n c ep o r o u s c e r a m i cm e m b r a n e su s e df o r membr a n ed is t illa t ion a u t h o r sn a m e s p e c i a l i t y s u p e r v i s o r f i n i s h e dt i m e h o n gf a n g 一 m a t e r i a ls c i e n c e p r o f c h u s h e n gc h e n m a y 2 0 1 2 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文 是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果 除已特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果 与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明 作者签名 签字日期 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一 学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权 即 学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 可以将学位论文编入 中国学 位论文全文数据库 等有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制 手段保存 汇编学位论文 本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 口公开口保密 年 作者签名 签字日期 导师签名 签字日期 摘要 摘要 陶瓷膜相比于高分子膜 具有化学稳定性好 热稳定性好 机械强度高 耐 有机溶剂 耐微生物侵蚀 耐老化 使用寿命长 对环境友好等诸多优点 受到 越来越多的关注 在环境工程 能源工程 化学工程 食品工业 医药工业等多 个领域有广泛的应用前景 陶瓷膜技术的应用对于实现节能减排 促进社会经济 的可持续发展具有重要的意义 然而陶瓷膜的发展仍然存在许多制约的瓶颈 尤 其是传统的陶瓷膜制备过程繁琐 工艺复杂 成本居高不下 极大的限制了其应 用范围 本课题基于相转换法 次成型技术结合一次高温烧结制备高性能的非对称 多孔陶瓷平板膜和中空纤维膜 有望大幅度简化陶瓷膜的制备工艺 降低陶瓷膜 的制备成本 提高陶瓷膜的性能并拓展其应用范围 同时 本课题中发展了多孔 陶瓷膜的性能表征技术 尤其是结合o t s u 图像分析技术和s r c t 三维重构技术 来表征多孔材料的孔隙结构 最后 本课题着重研究了多孔陶瓷纤维膜表面修饰 在膜蒸馏过程中的应用 第一章主要系统的介绍了多孔陶瓷膜的研究现状 包括多孔陶瓷膜的分类 制备工艺介绍 表征方法介绍等 最后着重介绍了膜蒸馏技术的原理 膜蒸馏材 料的研究现状及存在的不足 第二章主要研究了利用相换转流延法结合高温烧结制备氧化铝多孔平板膜 并发展了多种表征手段对制备的平板膜进行表征 所制备的氧化铝多孔平板膜厚 度约为0 7 r a m 孔隙率高达5 8 6 具有典型的非对称结构 包含一个厚的指状 孔层 厚度约0 6 r a m 孔隙率约为5 9 6 以及一个很薄的海绵状孔层 厚度约 o 1 m m 孔隙率约为3 5 1 采用基于o t s u 图像分析技术的二维b s e s e m 方法 和基于s r c t 技术的三维重构法分析多孔平板膜的孔结构 两种方法计算得到 的孔隙率都和阿基米德法吻合得较好 同时利用s r c t 方法可以获得多孔平板 膜孔隙的三维连通情况 这是其他二维方法很难做到的 制备的氧化铝多孔平板 膜具有优异的渗透性能 在水处理 海水脱盐 医药生产等诸多领域有巨大的应 用潜力 第三章主要研究了利用相换转纺丝法结合高温烧结制备氧化铝多孔中空纤维 膜 同时考察了内凝聚剂对中空纤维膜结构的影响 当内凝聚剂为纯水或者低浓 度的乙醇水溶液时 制备的中空纤维膜呈现典型的三明治结构 膜的内侧和外侧 各有一个厚的指状孔层 以及中间包含一个薄的海绵状孔层 随着内凝聚剂中乙 醇含量的增加 胶凝能力下降 制备的中空纤维膜外径变大 膜壁变薄 外层的 指状孔不断向内侧扩展 当内凝聚剂中乙醇的含量达到7 5v 0 1 时 胶凝能力太 摘要 弱以至于湿膜的内侧难以发生瞬时分相 而指状孔层几乎消失 形成海绵状孔层 同时 制备的中空纤维膜的孔隙率 平均孔径 氮气渗透通量 纯水渗透通量随 着内凝聚剂组成中乙醇含量的增加先增大 在乙醇含量为5 0 时达到最大值 当 乙醇含量为7 5 时又出现下降趋势 研究表明 通过改变内凝聚剂的组成可以实 现对陶瓷中空纤维膜微观结构的调控优化i 适当降低内凝聚的胶凝能力对优化膜 的结构性能是有利的 第四章主要研究了氧化铝多孔中空纤维膜表面修饰变为疏水性并应用于真 空式膜蒸馏过程 采用相转换法 烧结制备的氧化铝多孔中空纤维膜通过氟硅烷 f a s 表面修饰由原来的亲水性变为疏水性 接触角由修饰前的4 8 0 变为了 1 3 0 0 并且f a s 修饰后的中空纤维膜与修饰之前相比透气性能几乎没有变化 但是纯水渗透性能改变显著 在压差大于1 5 b a r 时 才观测有水透过 f a s 表面 修饰的中空纤维膜应用于真空式膜蒸馏过程 并表现出优异的性能 在热侧为 8 0 c 4w t 的n a c l 水溶液 透过侧通过抽真空使压力维持在0 0 4 b a r 时 获得 了非常高的水通量4 2 9l m 之h 并且n a c l 离子的截留率大于9 9 5 性能可以 与目前研究的性能最好的高分子膜相媲美 本论文所研究的表面修饰的氧化铝中 空纤维膜在海水淡化等领域有非常好的应用潜力 第五章主要研究了8 氧化钇稳定的氧化锆 y s z 多孔中空纤维膜表面修 饰变为疏水性并应用于真空式膜蒸馏过程 y s z 陶瓷相比于氧化铝陶瓷具有更 优异的化学稳定性和机械强度 在本论文中采用相转换法与高温烧结相结合制备 了非对称结构的多孔y s z 中空纤维膜 与之前研究的氧化铝中空纤维膜相比 海绵状孔层更薄 同时具有更高的孔隙率 5 4 和更小的孔径 o 5 5 r e n 通 过f a s 表面修饰由原来的亲水性变为疏水性 接触角由修饰前的5 0 0 变为了 13 9 0 f a s 修饰后的中空纤维膜与修饰之前相比透气性能几乎没有变化 但是纯 水渗透性能改变显著 在压差大于2 9 b a r 时 才有水透过 f a s 表面修饰的中空 纤维膜应用于真空式膜蒸馏过程 并表现相比于之前研究的氧化铝中空纤维膜具 有更优异的性能 在热侧为8 0 0 c 4w t 的n a c l 水溶液 透过侧通过抽真空使 压力维持在o 0 4 b a r 时 获得了非常高的水通量4 8 3l m 五h 1 并且n a c i 离子的 截留率大于9 9 7 本课题中所研究的表面修饰的y s z 中空纤维膜由于其优异的 性能 在海水淡化等领域有非常好的应用潜力 第六章对本论文的工作进行了总结 并对多孔陶瓷膜及膜蒸馏技术的应用前 景和面临的挑战进行了展望 关键词 多孔陶瓷膜 相转换法 平板膜 s r c t 中空纤维膜 氟硅烷 膜蒸 馏 i i a b s t r a c t a b s t r a c t c e r a m i cm e m b r a n e sa r ek n o w nt ob es u p e r i o rt op o l y m e r i cm e m b r a n e sd u et o t h e r es o m es p e c i a la d v a n t a g e s s u c ha l sb e t t e rc h e m i c a la n dt h e r m a ls t a b i l i t y h i 曲 m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s b e t t e rs o l v e n tr e s i s t a n c e b e t t e rm i c r o b i a le r o s i o nr e s i s t a n c e b e t t e ra g i n gr e s i s t a n c e l o n g e rs e r v i c el i f ea n de n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d s h i p i nt h ep a s t t w e n t yy e a r s i n c r e a s i n ga t t e n t i o nh a sb e e np a i dt oc e r a m i cm e m b r a n e s n o w a d a y s c e r a m i cm e m b r a n ea r ew i d e l ya p p l i e di nv a r i o u s f i e l d s i n c l u d i n ge n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g e n e r g ye n g i n e e r i n g c h e m i c a li n d u s t r y f o o di n d u s t r y p h a r m a c e u t i c a l i n d u s t r y a n ds o o n t h e r e f o r e c e r a m i cm e m b r a n e sa n dr e l a t e d s e p a r a t i o n t e c h n o l o g i e sc o u l dp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei np r o m o t i n ge n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o n r e d u c t i o n a n da r ev e r yp r o p i t i o u st os u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y h o w e v e r t h e r ea r es t i l lm a n yb o t t l e n e c k st h a t r e s t r i c tt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to f c e r a m i cm e m b r a n e s m o s to fa l l t h ep r e p a r a t i o no ft r a d i t i o n a lc e r a m i cm e m b r a n e s o f t e nn e e d sm u l t i p l es t e p s a n dl e a d st oac o m p l i c a t e dp r o d u c t i o np r o c e s sa n dah i 曲 c o s t l i m i t i n gi t ss c o p eo fa p p l i c a t i o n s i nt h i st h e s i s w ef a b r i c a t e da s y m m e t r i cp o r o u sp l a n a rm e m b r a n e sa n dh o l l o w f i b e rm e m b r a n e sw i t hh i g hp e r f o r m a n c eb yac o m b i n e dp h a s e i n v e r s i o na n ds i n t e r i n g m e t h o d i ti se x p e c t e dt h a ts u c ht e c h n o l o g yc o u l dg i v es i g n i f i c a n t l ya f f e c tt oc e r a m i c m e m b r a n e st h a ts i m p l i f yt h ep r e p a r a t i o np r o c e s s r e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s t i m p r o v e t h ep e r f o r m a n c ea n de x p a n dt h e i rs c o p eo fa p p l i c a t i o n s a tt h es a m et i m e w e d e v e l o p e dt h ec h a r a c t e r i z a t i o nt e c h n i q u e so fp o r o u sc e r a m i cm e m b r a n e s e s p e c i a l l y w ei n t r o d u c e dt w on o v e lo t s ut h r e s h o l di m a g es e g m e n t a t i o nm e t h o da n ds r c t t h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o nm e t h o dt oa n a l y s i st h ep o r es t r u c t u r eo ft h ep o r o u s c e r a m i cm e m b r a n e s l a s t l y w ef o c u s e do nt h er e s e a r c ho fs u r f a c em o d i f i c a t i o no f c e r a m i ch o l l o wf i b e r sa n da p p l i e di nm e m b r a n ed i s t i l l a t i o np r o c e s s c h a p t e r1i s t h el i t e r a t u r er e v i e w i tb r i e f l yd e s c r i b e st h er e s e a r c hs t a t u so f p o r o u sc e r a m i cm e m b r a n e s i n c l u d i n gi n t r o d u c t i o no ft h ec l a s s i f i c a t i o n p r e p a r a t i o n t e c h n o l o g ya n dc h a r a c t e r i z a t i o nt e c h n i q u e s e t c l a s t l y i t i sf o c u s e do nt h e i n t r o d u c t i o no ft h et h e o r i e so fm e m b r a n ed i s t i l l a t i o n t h er e s e a r c hs t a t u so fm e m b r a n e m a t e r i a l sf o rm e m b r a n ed i s t i l l a t i o np r o c e s sa n dt h ee x i s t i n gs h o r t c o m i n g s i nc h a p t e r2 p o r o u sa l u m i n ap l a n a rm e m b r a n e sw e r ep r e p a r e db yac o m b i n e d p h a s ei n v e r s i o nt a p e c a s t i n ga n ds i n t e r i n gm e t h o d a n dt h ea s p r e p a r e dm e m b r a n e s w e r ec h a r a c t e r i z e db ys e v e r a lt e c h n i q u e s t h ep l a n a rm e m b r a n eh a sat h i c k n e s so f0 7 i i i a b s t r a c t r n l r l a n dap o r o s i t yo f58 6 t h em e m b r a n es h o w e sa n e x c e l l e n ta s y m m e t r i c s t r u c t u r ec o n s i s t i n go ft w ol a y e r s am i c kf i n g e r l i k el a y e rw i t ht h et h i c k n e s so f o 6 m ma n dt h ep o r o s i t yo f5 9 6 at h i ns p o n g e l i k el a y e rw i t ht h et h i c k n e s so f o 1 m ma n dt h ep o r o s i t yo f3 5 1 b s e s e mi m a g e su s i n go t s ut h r e s h o l di m a g e s e g m e n t a t i o nm e t h o da n ds r c t t h r e e d i m e n s i o n a lr e s t r u c t u o nm e t h o dw e r eu s e df o r a n a l y z i n gt h ep o r ep a r a m e t e ro ft h em e m b r a n e a n dt h ev a l u e so fp o r o s i t yc a l c u l a t e d b yt h et w om e t h o d sf i t w e l lw i t ht h er e s u l t sd e t e r m i n e db ya r c h i m e d e sm e t h o d w h a t sm o r e u s i n gt h es r c tm e t h o d t h ep o r e s c o n n e c t i v i t yo ft h ep o r o u s m e m b r a n ei nt h r e e d i m e n s i o n a lc o u l db eo b t a i n e d w h i c hi sv e r yd i 伍c u l tf o rt h e o t h e rt w o d i m e n s i o n a lm e t h o d t h ep l a n a rm e m b r a n e sa l s oh a v eg o o dn 2p e r m e a n c e a n dp u r ew a t e rf l u xp e r f o r m a n c e w h i c hc a ng i v eg r e a tp o t e n t i a li nw a t e rt r e a t m e n t d e s a l i n a t i o n p h a r m a c e u t i c a lp r e p a r a t i o na n dm a n yo t h e ra s p e c t s i nc h a p t e r3 p o r o u sa l u m i n ah o l l o wf i b e rm e m b r a n e sw e r ep r e p a r e db ya c o m b i n e dp h a s ei n v e r s i o na n ds i n t e r i n gm e t h o d a n dt h ei n f l u e n c eo fi n t e r n a l c o a g u l a n t so nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f t h eh o l l o wf i b e r sw e r ei n v e s t i g a t e d w h e nt h ei n t e m a lc o a g u l a n t sw e r ep u r ew a t e ro re t h a n o la q u e o u ss o l u t i o nw i ml o w c o n c e n t r a t i o n t h ea s p r e p a r e dh o l l o wf i b e r ss h o w e dac l a s s i cs a n d w i c h s t r u c t u r e w h i c hc o n t a i n i n gt w of i n g e r l i k el a y e rn e a rt h ei n n e ra n do u t e rs u r f a c e a n dat h i n s p o n g e l i k el a y e ri nt h em i d d l e w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fe t h a n o li n c r e a s e di nt h e i n t e r n a lc o a g u l a n t s t h eg e l l i n ga b i l i t yo ft h ei n t e r n a lc o a g u l a n t sd e c r e a s e da n dt h e a s p r e p a r e dh o l l o wf i b e rh a v eal a g e rd i a m e t e r at h i n n e rw a l lt h i c k n e s s a n dt h e f i n g e r l i k ev o i do r i g i n a t e df r o mt h eo u t e rs i d et ot h ei n n e rs i d e w h e nt h ei n n e r c o a g u l a n tc o n t a i n s7 5v 0 1 e t h a n o l i t sg e l l i n ga b i l i t y w a ss ow e a kt h a tt h e i n s t a n t a n e o u sp h a s ei n v e r s i o nw a sh a r d l yt oo c c u l a n dt h ei n n e rs i d eo ft h eh o l l o w f i b e rf o r m e ds p o n g e l i k ev o i d si n s t e a do ff i n g e r l i k el a y e r a tt h es a m et i m e t h e p o r o s i t y a v e r a g ep o r es i z e n i t r o g e np e r m e a b i l i t ya n dp u r ew a t e rp e r m e a b i l i t yo f t h e h o l l o wf i b e ri n c r e a s e dw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fe t h a n o li n c r e a s ei nt h ei n t e r n a l c o a g u l a n t s t h em a x i m u ma p p e a r e d w h e nt h ei n t e r n a lc o a g u l a n t sc o n t a i n s5 0 e t h a n 0 1 w h e nt h ee t h a n o lc o n c e n t r a t i o nw a s7 5 a 1 1o ft h ep a r a m e t e r sb e g a nt o d e c r e a s e i tr e v e a l e dt h a ts t r u c t u r a la d j u s t m e n to ft h eh o l l o wf i b e rc o u l db ea c h i e v e d b yc h a n g et h ec o m p o s i t i o no f t h ei n t e r n a lc o a g u l a n t s p a r t l yr e d u c et h eg e l l i n ga b i l i t y o ft h ei n t e r n a lc o a g u l a n ti sb e n e f i c i a lt ot h ep r o p e r t i e so ft h eh o l l o wf i b e r i nc h a p t e r4 t h eh y d r o p h o b i cp o r o u sa l u m i n ah o l l o wf i b e rm e m b r a n ew a s e x p l o r e dt a r g e t i n gw a t e rd e s a l i n a t i o na p p l i c a t i o n t h ea l u m i n ah o l l o wf i b e r w a s p r e p a r e db yt h ep h a s ei n v e r s i o n s i n t e r i n gm e t h o d t h es u r f a c eo f t h eh o l l o wf i b e r i v w a sg r a f t e dw i t hf l u o r o a l k y l s i l a n e f a s b yi m m e r s i o ni ni t se t h a n o ls o l u t i o n t h e f a s g r a f t e dh o l l o wf i b e re x h i b i t e dam u c hl a r g e rw a t e rc o n t a c ta n g l e 130 0 t h a nt h e u n g r a f t e do n e 4 8 口 r e v e a l i n gt h a tt h eg r a f t i n gh a dc o n v e r t e dt h ef i b e rs u r f a c ef r o m h y d r o p h i l i ct oh y d r o p h o b i c n eh y d r o p h o b i ch o l l o wf i b e rr e 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e r5 t h eh y d r o p h o b i cp o r o u sy s zh o l l o wf i b e rm e m b r a n ew a s e x p l o r e d t a r g e t i n gw a t e rd e s a l i n a t i o na p p l i c a t i o n y s zc e r a m i c sh a v eb e t t e rc h e m i c a la n d m e c h a n i c a ls t a b i l i t yt h a na l u m i n ac e r a m i c s t h ey s zh o l l o wf i b e rw a sp r e p a r e db y t h ep h a s ei n v e r s i o n s i n t e r i n gm e t h o d c o m p a r e dw i t ht h ea l u m i n ah o l l o wf i b e r s t h ey s zh o l l o wf i b e r sh a v et h i n n e rt h i c k n e s so fs p o n g e l i k el a y e r h i g h e rp o r o s i t y 5 4 a n ds m a l l e ra v e r a g ep o r es i z e o 5 5 眦1 t h ef a s g r a f t e dy s zh o l l o wf i b e r e x h i b i t e dam u c hl a r g e rw a t e rc o n t a c ta n g l e 1 3 9 0 t h a nt h eu n g r a f t e do n e 5 0 r e v e a l i n gt h a tt h eg r a f t i n gh a dc o n v e r t e dt h ef i b e rs u r f a c ef r o mh y d r o p h i l i ct o h y d r o p h o b i c t h eh y d r o p h o b i cy s zh o l l o wf i b e rr e m a i n e dw e l lp e r m e a b l et o n i t r o g e na f t e rf a sg r a f t i n g b u tc o m p l e t e l yb l o c k e dl i q u i dw a t e rp e r m e a t i o na t p r e s s u r e sl e s st h a n 2 9b a r t h ew a t e rd e s a l i n a t i o np e r f o r m a n c eo ft h ey s zh o l l o w f i b e r sw e r et e s t e db ye x p o s i n gt h es h e l ls i d eo ft h ef i b e rt oa na q u e o u ss o l u t i o no f4 w c n a c la t8 0 0 ca n dv a c u u m i n gt h el u m e ns i d eo ft h ef i b e rt oap r e s s u r eo f0 0 4b a r aw a t e rf l u xa sl a r g ea s4 8 3l m h w a sa t t a i n e dw i t has a l tr e j e c t i o no v e r9 9 7 w h i c hs h o wb e t t e rp e r f o r m a n c et h a nt h ea l u m i n ah o l l o wf i b e r s s u c he x c e l l e n t p e r f o r m a n c ei sp r o m i s i n gf o rp r a c t i c a la p p l i c a t i o n si nw a t e rd e s a l i n a t i o n i nc h a p t e r6 t h er e s e a r c h e sp r e s e n t e di nt h i sd i s s e r t a t i o na r ee v a l u a t e da n d f u t u r ew o r kc o n c e r n i n gt h ed e v e l o p m e n ta n dc h a l l e n g eo fc e r a m i cm e m b r a n e sa n d m e m b r a n ed i s t i l l a t i o na r ed i s c u s s e d k e yw o r d s p o r o u sc e r a m i cm e m b r a n e p h a s ei n v e r s i o n p l a n a rm e m b r a n e s r c t h o l l o wf i b e rm e m b r a n e f a s m e m b r a n ed i s t i l l a t i o n v a b s t r a c t v i 目录 目录 第一章多孔陶瓷膜及膜蒸馏海水淡化应用研究概述 1 1 1 无机陶瓷膜特点及发展概况 1 1 2 陶瓷膜的分类 2 1 3 传统陶瓷多子l 膜的制备工艺 4 1 3 1 挤出成型法 4 1 3 2 流延成型法 5 1 3 3 凝胶浇注法 5 1 3 4 溶胶一凝胶法 6 1 3 5 阳极氧化法 6 1 4 相转换法制备多孔陶瓷膜的工艺介绍 6 1 4 1相转换法成膜机理 7 1 4 2 相转换法制备陶瓷膜过程中的影响因素 9 1 5 陶瓷多子l 膜的结构和性能表征 1 0 1 5 1陶瓷多子l 膜结构参数的表征方法 1 1 1 5 2 陶瓷多子l 膜的形貌表征方法 1 4 1 5 3陶瓷多孔膜的材料性质表征 1 6 1 5 4 陶瓷多子l 膜的传递性能表征 1 7 1 6 陶瓷膜应用于膜蒸馏技术的研究现状 1 7 1 6 1膜蒸馏技术的基本原理 1 8 1 6 2 膜蒸馏技术的分类 2 0 1 6 3 膜蒸馏技术的应用现状 2 1 1 6 4 膜蒸馏技术所用膜材料的选择 2 2 1 7 本论文的工作思路和主要内容 2 4 参考文献 2 5 第二章相转换流延法制备氧化铝平板膜及表征 3 3 2 1 引言 3 3 2 2 实验过程 3 4 2 2 1多子l 氧化铝平板膜的制备过程 3 4 2 2 2 多子l 平板膜样品的常规结构表征 3 5 2 2 3基于b s e s e m 的o t s u 图像分割法分析膜样品的结构参数 3 6 2 2 4 基于s r c t 三维重构法分析膜样品的结构参数 3 7 2 2 5多子l 氧化铝平板膜的渗透性能测试 3 7 2 3 实验结果 3 8 2 3 1多孔氧化铝平板膜坯体的烧结行为 3 8 2 3 2 多子l 氧化铝平板膜的结构分析 4 1 2 3 3 基于o t s u 方法的b s e s e m 图像分析 4 2 2 3 4 基于s r c t 的三维图像分析 4 5 目录 2 3 5多子l 氧化铝平板膜的渗透性能 4 6 2 4 本章小结 4 8 参考文献 4 9 第三章多孔氧化铝中空纤维膜的制备与表征 5 1 3 1 引言 5 1 3 2 实验过程 5 2 3 2 1多孑l 氧化铝中空纤维膜的制备过程 5 2 3 2 2 氧化铝中空纤维膜的性能表征 5 3 3 3 实验结果 5 5 3 3 1氧化铝中空纤维膜微观结构的s e m 分析 5 5 3 3 2 氧化铝中空纤维膜微观结构的s r c t 分析 5 8 3 3 3 氧化铝中空纤维膜的孔隙率和平均子l 径分析 5 8 3 3 4 氧化铝中空纤维膜的氮气渗透通量和纯水渗透通量分析 5 9 3 3 5 氧化铝中空纤维膜的抗弯强度分析 6 0 3 4 本章小结 6 1 参考文献 6 2 第四章氧化铝中空纤维膜表面修饰及应用于膜蒸馏海水淡化的研究 6 5 4 1 前言 6 5 4 2 实验过程 6 6 4 2 1氧化铝中空纤维膜的表面修饰 6 6 4 2 2 氧化铝中空纤维膜样品的性能表征 6 7 4 2 3 表面修饰的氧化铝中空纤维膜膜蒸馏实验 6 8 4 3 结果与讨论 6 9 4 3 1表面修饰前后氧化铝中空纤维膜的表面状态变化 6 9 4 3 2表面修饰前后氧化铝中空纤维膜的渗透性能变化 7 2 4 3 3 表面修饰的氧化铝中空纤维膜的膜蒸馏性能 7 3 4 4 本章小结 7 8 参考文献 7 9 第五章y s z 中空纤维膜表面修饰及应用于膜蒸馏海水淡化的研究 8 1 5 1 引言 8 1 5 2 实验过程 8 2 5 2 1 y s z 中空纤维膜的制备和表面修饰 8 2 5 2 2 y s z 中空纤维膜样品的性能表征 8 3 5 2 3 表面修饰的y s z 中空纤维膜样品的膜蒸馏实验 8 4 5 3 结果和讨论 8 4 5 3 1 y s z 中空纤维膜的形貌结构及表面修饰前后的表面状态变化8 4 目录 5 3 2y s z 中空纤维膜表面修饰前后渗透性能变化 8 6 5 3 3 表面修饰的y s z 中空纤维膜的膜蒸馏性能 8 7 5 4 本章小结 9 0 参考文献 9 0 第六章总结与研究展望 9 3 在读期间发表的论文与取得的研究成果 9 7 第一章多孔陶瓷膜及膜蒸馏海水淡化应用研究概述 第一章多孔陶瓷膜及膜蒸馏海水淡化应用研究概述 1 1无机陶瓷膜特点及发展概况 膜分离技术是最近几十年兴起的一种新的分离技术 相对于传统的分离提 纯 过滤技术来说 膜分离技术具有效率高 能耗低 操作方便和环境友好等一 系列优势 在食品医药加工 海水淡化 废水处理 生物工程 能源工程等诸多 领域都得到了非常广泛的应用 成为一种新兴的高技术产业 1 2 无机陶瓷膜是固体膜的一种 发展始于2 0 世纪4 0 年代 始于二战时期的 m a n h a t t a n 原子弹计划 采用多孔陶瓷材料分离u f 6 同位素 3 而到了2 0 世纪 七八十年代 随着膜制备技术的迅速发展以及膜应用领域的不断扩展 高分子膜 在很多场合例如强腐蚀性的苛刻环境下 都已无法满足需要 而无机陶瓷膜相比 高分子聚合物膜有许多无法比拟的优点 4 6 1 化学稳定性好 能耐酸碱 有机溶剂 可以用于石油化工 催化反应等 高温强腐蚀性环境中 2 机械强度好 担载无机膜可以承受几十个大气压 并且可以反向冲洗 3 抗微生物能力强 不与微生物发生作用 可以在生物工程以及医学科学 领域中使用 4 热稳定性好 耐高温 一般操作温度可以达到4 0 0 0 c 最高可以达到8 0 0 o c 以上 5 孔径分布窄 分离效率高 分离选择性好 微观结构可控 6 易清洗和再生 可以通过强酸碱溶解法 高温焙烧 高压反冲洗 高温 蒸汽清洗消毒等对陶瓷膜进行清洗除污 而且过程简单快捷 7 使用寿命长 由于上述优点 陶瓷膜的使用寿命可以达到3 5 年 甚至 更长 8 环境友好 陶瓷膜材质 膜制备过程中 都不会对环境产生污染 由于陶瓷膜的诸多优点 目前陶瓷膜技术已经受到了世界各国的广泛关注 也有越来越多的企业和科研机构把目光投入n t 高性能陶瓷膜的开发研究 目前的商品化的无机陶瓷膜主要有氧