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《南京工业大学》 2006年
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超声对陶瓷膜微结构及分离性能的影响

吴波  
【摘要】: 在膜分离过程,由于浓差极化和膜污染,膜的渗透通量随时间的延长而衰减,导致膜分离效率降低。解决膜分离过程中的浓差极化和膜污染问题,提高膜渗透通量,对提高过程的经济可行性和促进膜分离过程的广泛应用具有重大意义。本文对超声在膜分离领域中的研究现状和进展作了简要的综述和分析,国内外对超声应用于膜分离过程的研究多集中于有机膜及超声的正面影响作用方面,而对超声应用于无机膜和超声对膜材料结构性能的影响等方面研究较少。本文重点研究了超声对管式陶瓷膜结构性能的影响,超声辐照对陶瓷膜过滤颗粒体系过程的影响。 超声对陶瓷膜微结构的影响主要取决于声强值的大小,通过测定两种超声清洗器中的烧杯、铝合金容器和不锈钢组件内的平均声强、最大声强、最小声强值,发现不同超声清洗器及不同容器内各处声强很不均匀,最大声强对膜材料结构性能的影响最大。通过膜纯水渗透通量变化、泡压孔径变化和膜孔隙率变化、扫描电镜和光学显微镜的观察,考察了各声强值下陶瓷膜结构性能的变化。发现平均声强0.53 W/cm~2的超声对陶瓷膜管破坏严重,平均声强0.27 W/cm~2的超声对单管外膜的皮层破坏明显,对载体膜孔结构影响比较复杂,最大孔径和平均孔径变化不大,但最可几孔径及其分布都变大,导致纯水通量上升。超声在液体中引发的声冲流和声空化效应是影响陶瓷膜结构性能的原因。确定了平均声强为0.10W/cm~2的超声对陶瓷膜纯水通量没有影响,表明此声强值对陶瓷膜是安全的。 在超声辐照对CaCO_3颗粒粒径的影响的研究中,发现超声辐照1小时和3小时后平均粒径和粒径分布基本无变化。在对超声辐照下陶瓷膜过滤CaCO_3颗粒体系的研究中,发现当颗粒粒径大于膜孔径,膜污染以饼层污染为主时,超声辐照减小了滤饼层污染,使膜通量增加,促进了微滤过程。当颗粒粒径小于膜孔径或与之相当时,膜污染以堵孔污染为主,超声辐照增加了堵孔污染,使膜通量减少。发现在用同一膜过滤、滤饼层污染控制时,随着颗粒平均粒径/膜平均孔径比值的增大,超声辐照使膜污染阻力中占主导地位的滤饼阻力减小的幅度也增大,导致总阻力减小的幅度增大,膜通量增加更显著,超声辐照对大颗粒的强化
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