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煤基板式微滤炭膜的制备及应用

姜士敏  
【摘要】:煤基炭膜是以煤为原料制备而成的一种新型多孔无机膜,由于具有成本低廉、耐高温、耐腐蚀及机械强度较高等优点,在液体分离领域受到极大的关注。不仅如此,煤基炭膜还具有一定的导电性,通过与电催化氧化技术结合构建而成的膜分离-电催化氧化协同反应体系,在处理难降解印染废水方面展现出良好的发展前景,是一种极具发展潜力的电催化膜材料。 论文以混煤作为原料,润湿剂、粘结剂、造孔剂等作为添加剂,采用半干法压制成型,经干燥、炭化制备出煤基板式微滤炭膜。考察了不同煤种配比、润湿剂、粘结剂、造孔剂、成型条件和干燥条件对煤基板式微滤炭膜性能的影响,并利用FT-IR、SEM、XRD、气体泡压法等对煤基板式微滤炭膜的结构和性能进行表征。研究发现,混煤中焦煤含量为40%-60%、润湿剂加入量为15%、粘结剂加入量为10%、造孔剂加入量为15%、成型压力为20MPa、保压时间为10min及干燥时间为7h时,制备的煤基板式微滤炭膜的孔结构性能、导电性和机械强度达到最佳。为了进一步提高煤基板式微滤炭膜的导电性及机械性能,更有利于煤基板式微滤炭膜在电催化膜材料方面的应用,开展了向原料中加入导电物质(石墨、炭黑)提高炭膜的导电性、加入碳纤维增强炭膜的机械强度的研究工作。实验结果表明:导电物质的加入可有效地提高炭膜的导电性能,但也在一定程度上降低了炭膜的机械性能,在相同加入量条件下,石墨对炭膜导电性的提高程度更为明显,且当石墨的加入量为5%-10%时,炭膜的综合性能最佳;当短切碳纤维的加入量在10%-15%之间时,可以有效的降低炭膜的脆性,提高炭膜的抗压强度。 论文将煤基板式微滤炭膜担载TiO2粒子,制备成TiO2电催化炭膜,用于膜分离-电催化氧化协同体系处理对酸性橙Ⅱ溶液。实验结果表明:TiO2电催化炭膜反应器可以明显的降低膜污染、延缓膜通量的下降,经过12h后,膜通量仅下降了4%。操作条件影响废水中难降解物质的脱除效果,其中当酸性橙Ⅱ的初始浓度为65ppm、电解质Na2S04溶度为22g/L以及泵速为500μL/min时,膜分离-电催化氧化协同体系对酸性橙Ⅱ溶液的脱除效果最佳。


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