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煤基板式炭膜的制备及其增强改性

陈健阳  
【摘要】:煤基炭膜是以成本较低的煤粉为主要原料与添加剂混合后,经成型、干燥、炭化制备而成的一种新型无机多孔膜。与传统的聚合物膜相比,它具有良好的化学稳定性、较高的机械强度、耐高温、耐酸碱腐蚀等特性;而与其他无机膜相比,它又具有优良的导电性、原料成本低廉等特点,在水处理和液体分离领域显示出了强劲的发展势头。然而,煤基炭膜质脆,在使用过程中易断裂,严重影响其实际应用。本文采用不同煤粉配比、添加剂混合掺杂以及加入导电物质、炭纤维等方式来提高现有煤基板式炭膜的导电性及机械强度,制备出了具有较高导电性和机械强度的煤基板式炭膜,并借助SEM电镜分析手段对煤基板式炭膜的微观孔结构进行了表征。结果发现:经过条件选优,制备出的煤基板式炭膜具有光滑的外表面、丰富的孔隙结构、均一的孔径分布以及较高的机械强度和导电性。本文还着重考察了不同膜板厚度、碳纤维丝、网预处理前后对煤基板式炭膜性能的影响。实验结果表明,炭纤维的加入可以有效地降低炭膜的脆性,但是过多的加入,反过来又会降低炭膜的抗压强度。同时,煤基板式炭膜也是一种性能优异的电催化膜材料,可以同电催化氧化技术相耦合,构成电催化膜反应器,并可以通过负载催化剂提高炭膜的电催化性能。以煤基板式炭膜为基膜,表面负载TiO2制备出TiO2电催化复合炭膜,应用于处理苯酚废水。结果发现,TiO2电催化复合炭膜反应器可以有效地提高电流利用率,降低能耗,当煤板厚度为10mm时,对苯酚溶液的COD去除率可以达到89%以上。


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