收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

氮化硅基多孔陶瓷膜的制备及膜分离应用的研究

李林  
【摘要】:随着全球人口迅速增长以及工业化的快速发展,人类对淡水的需求逐年上升,淡水资源逐渐成为了与石油、煤炭和天然气等同样重要的资源。但是由于淡水资源分布不均,以及工业和生活污染引起的气候逐年变化,导致原本就不丰富的淡水资源日渐匮乏,尤其是在非洲、中东等地区。中国的情况也同样不容乐观,抛开中西部不谈,部分的东部沿海城市也缺水严重,如北京、天津、大连和青岛等城市。淡水资源短缺已成为了一个困扰着全球的问题!为了解决这个问题,应从“开源”和“节流”两个方面行动,一方面是向海洋要淡水,即海水淡化,另一方面需对污水进行处理,废水再利用。海水淡化早在16世纪就开始进入了人类的视线,在是在二战之后才得到大力的发展。战后中东地区石油经济迅速发展,人口急速增加,使得这个本就干旱的地区对淡水资源的需求骤增,因此,海水淡化技术在这里得到大力地发展。阿拉伯、以色列等中东国有70%多的淡水是通过海水淡化获得的。欧美等发达国家也竞相发展海水淡化技术来保护本国淡水资源。在我国,海水淡化年产量也已超过了千万吨。规模化、大型化的海水淡化装置开始出现,新的海水淡化手段也不断涌出。在众多的方法中,反渗透方法(RO)、低温多效方法(MED)、热法多级闪蒸方法(MSF)和热膜耦合方法目前都已形成了产业化规模,在世界各地提供着淡化水源。随着膜技术发展,另一种有着竞争力的海水淡化技术一膜蒸馏也得到了广泛研究。但由于缺少了一种稳定且高效的分离膜材料,一直还未实现规模化的应用。随着工业化的快速推进,像石油冶炼、制药、冶金和化肥等行业大量消耗着淡水,最终产生大量的含油废水,导致水资源减少的同时污染了大量的水域。由于这些废水油滴的粒径小、分散稳定,而且浓度仅有几百到几千的ppm,因而很难将其分离。超声分离法、空气浮选法、化学破乳法、重力静置法以及生物法等都被采用到油水分离过程当中。但是都具有成本高和分离效率低等方面的问题,于是近年来发展起来的膜分离法逐渐受到关注。本文将探寻在膜蒸馏以及油水分离中具有应用前景的新的多孔非氧化物陶瓷膜材料。结合相转化成型和反应烧结的方法来制备具有非对称结构的多孔平板陶瓷膜,采用一步成型烧结,工艺简单,成本低。再综合实验室前期研究的成果,对所制得的陶瓷膜进行无机SiCNO疏水性修饰,应用于膜蒸馏和油水分离的研究中。具体内容如下:第一章主要介绍淡水资源的现状,含油废水污染的情况以及对纯水资源的迫切需求;海水淡化工艺的发展现状以及主要采用的工艺和优缺点,油水分离的现状及其优缺点;最后重点介绍膜分离技术、膜蒸馏技术的原理、装置和对膜的要求以及油水分离的装置和对分离膜的要求,针对这些要求确定了本研究的思路。第二章对实验所使用的原料、表征的仪器以及相转化流延法制备非对称多孔膜工艺与设备进行了简单介绍。第三章介绍了α氮化硅纳米线多孔膜的制备方法和其在膜蒸馏实验中的应用。首先制备均一且稳定分散的非水基硅浆料。对硅粉体进行煅烧处理,增强浆料的流动性。通过沉降实验来选择合适的分散剂,确定分散剂的最优含量以及调整浆料的固含量以获得均一稳定的具有合适流变性能和粘度的硅浆料。然后通过选取合适的催化剂,确定反应的气氛和烧结温度,得到含大量纳米线结构的α-Si_3N_4陶瓷膜。对所得的陶瓷膜表面采用氯硅烷氨解聚合热解法在膜表面生长无机SiCNO进行疏水修饰得到超疏水性,并用于膜蒸馏实验,获得能长期稳定运行以及能在强酸、碱溶液中稳定运行的分离膜。第四章在前面已经获得了稳定的硅浆料的基础上,采用相转化流延成型与反应烧结相结合的方法制备出具有非对称结构的多孔的β-Si_3N_4。相比于α-Si_3N_4,β-Si_3N_4由于有棒状晶体的交织结构而有着更高的强度。与本课题组以前使用精细氮化硅粉直接烧结获得的贝塔氮化硅陶瓷膜相比,我们采用的硅粉为原料来制备反应烧结键结β-Si_3N_4(β-SRBSN),成本大幅降低。由于氮化硅陶瓷膜的天然亲水性和高孔隙率,将其用于水中油乳液的分离,得到高产率以及较高的油滴截留率。再对其进行疏水修饰,用于膜蒸馏实验,也得到了理想的结果。第五章制备了带有花瓣状纳米结构表面的二氧化硅/氧氮化硅复合陶瓷膜,并对其进行疏水性修饰,由于疏水修饰后的陶瓷膜具有花瓣状的微纳结构和低表面能,使表面达到超疏水状态,疏水角大于160°,且具有很强的化学稳定性及热稳定性。此陶瓷膜在膜蒸馏实验中也有较为优异的表现。第六章对全文的研究工作进行总结,对工作中的不足之处以及未来的发展前景进行讨论。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 潘剑;陶云国;;陶瓷膜法提取多拉菌素的研究[J];中国抗生素杂志;2017年09期
2 付长翼;黄孝华;胡紫;;陶瓷膜制备低成本化途径的研究进展[J];陶瓷研究;2017年S3期
3 白杉;陶瓷膜——一种前景广阔的新材料[J];中国非金属矿工业导刊;2005年03期
4 白杉;陶瓷膜——一种前景广阔的新材料[J];现代技术陶瓷;2005年02期
5 白杉;陶瓷膜——一种前景广阔的新材料[J];江苏陶瓷;2005年01期
6 白杉;陶瓷膜:一种前景广阔的新材料[J];广东科技;2004年12期
7 庾晋,周洁;陶瓷膜技术及应用现状[J];建材发展导向;2003年03期
8 王可鸣;;陶瓷膜的开发和运用[J];中国陶瓷;1991年05期
9 黄风;;提高金属陶瓷膜粘合性的新工艺[J];国外金属热处理;1987年06期
10 黄汉生;;高功能陶瓷微孔分离膜[J];化工新型材料;1987年10期
11 柳田和夫;孙明仁;;铝电解析出的陶瓷膜[J];轻金属;1988年05期
12 ;分离冷凝性气体的陶瓷膜[J];真空与低温;1989年04期
13 ;新加坡将建全球规模最大的陶瓷膜海水淡化项目[J];治黄科技信息;2016年01期
14 李梦然;;管式陶瓷膜工程上的选型及应用[J];天津化工;2017年02期
15 范恩荣;陶瓷膜的开发和应用[J];流体机械;1996年12期
16 舒健;王岑;田雪;张富平;;延迟焦化含硫污水陶瓷膜过滤净化技术的研究[J];石油炼制与化工;2017年06期
17 张婷;李雪;熊峰;邱鸣慧;范益群;;介孔陶瓷膜表面接枝氨基硅烷的孔径调节研究[J];膜科学与技术;2016年01期
18 孙玉堂;张佳兴;董文虎;;陶瓷膜盐水精制装置运行总结[J];氯碱工业;2016年04期
19 周琦;万文露;张春丽;贺春林;;提拉法制备二氧化硅陶瓷膜的形貌及性能[J];材料工程;2014年02期
20 胡兴军;王计选;;陶瓷膜的生产和应用[J];现代技术陶瓷;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨刚;邢卫红;徐南平;;陶瓷膜在医药工业中的应用[A];第五届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集[C];2012年
2 SUI Hong;;陶瓷膜在多方面的应用[A];第六届化学工程与生物技术展览暨会议参展商新产品和服务报告[C];2004年
3 李卫星;邢卫红;徐南平;时钧;;面向中药生地黄水提液体系的陶瓷膜设计与应用[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
4 闫勇;;国外陶瓷膜技术的最新进展和应用[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
5 樊震坤;;环保水处理用陶瓷膜性能及应用研究[A];氧化铝在陶瓷耐火应用创新技术论坛论文集[C];2017年
6 罗友华;李成付;杨辉;黄恺飞;黄亦琦;许光辉;;板蓝根水提液的陶瓷膜精制工艺[A];海峡两岸膜法水处理院士高峰论坛暨第六届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集[C];2015年
7 徐南平;;陶瓷膜在水处理中的研究进展[A];第一届海水淡化与水再利用西湖论坛论文集[C];2006年
8 孙淑萍;孟祥跃;孟雪;;EDTA对铝锰陶瓷膜性能的影响[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
9 杨辉;罗友华;李成付;黄恺飞;黄亦琦;;复方咽舒宁水提液的陶瓷膜精制[A];第五届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集[C];2012年
10 徐南平;李卫星;邢卫红;;陶瓷膜工程设计:从工艺到微结构[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李林;氮化硅基多孔陶瓷膜的制备及膜分离应用的研究[D];中国科学技术大学;2018年
2 张振宇;基于纳米压痕仪的薄膜力学性能纳米测试与表征研究[D];天津大学;2005年
3 张雪林;钛合金等离子体电解氧化过程中陶瓷膜阻抗特性研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 谢奎;陶瓷膜能量转换电池过程与相关材料研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 吕东伟;陶瓷超滤膜分离乳化油过程中膜污染机制与抗污染改性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
6 何世雄;金属铍表面陶瓷膜制备技术研究[D];中国工程物理研究院;2017年
7 王俊伟;氮化硅基陶瓷膜的制备及膜蒸馏应用研究[D];中国科学技术大学;2016年
8 张小珍;新型中空纤维陶瓷膜的制备科学研究与性能表征[D];中国科学技术大学;2010年
9 朱云庆;臭氧催化功能陶瓷分离膜的制备及其水处理性能[D];大连理工大学;2013年
10 邢卫红;陶瓷膜成套装备与工程应用技术的研究[D];南京工业大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨勇法;氧化物平板陶瓷膜的制备及性能研究[D];湖南大学;2017年
2 刘亚会;板式陶瓷膜的制备及其分离性能研究[D];陕西科技大学;2012年
3 韩敏;陶瓷膜管与金属材料连接的研究[D];贵州大学;2008年
4 朱庆鹏;多孔氧化铝陶瓷膜支撑体的制备及其性能表征[D];西安工程大学;2011年
5 李炜;新型陶瓷膜组合反应器处理印染废水的研究[D];东华大学;2009年
6 高成;铝合金微弧氧化陶瓷膜的形成机制及摩擦学特性[D];桂林电子科技大学;2010年
7 王敏;镁锂合金表面微弧氧化陶瓷膜层的制备与性能研究[D];北京化工大学;2016年
8 于金旗;臭氧—陶瓷膜耦合系统在水产养殖循环水处理中的应用[D];大连理工大学;2015年
9 郑佳俐;荔枝汁陶瓷膜澄清工艺和褐变抑制技术研究[D];福建农林大学;2007年
10 李鹏;多孔Al_2O_3陶瓷膜制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 张希;“久吾高科”填补陶瓷膜技术国内空白[N];南京日报;2015年
2 本报记者 祝亦楠;国际陶瓷膜市场打出漂亮中国牌[N];江苏科技报;2015年
3 本报记者 刘蒙丹;陶瓷膜订单排到了明年上半年[N];南京日报;2010年
4 通讯员 朱虹 朱占伟;长庆石化陶瓷膜凝结水除油除铁装置通过鉴定[N];中国石油报;2009年
5 刘仁;自主创新使我国陶瓷膜技术后来居上[N];中国知识产权报;2007年
6 特约记者 徐少亚;催生先进陶瓷膜产业[N];中国化工报;2006年
7 南京工业大学 邢卫红;陶瓷膜产业发展任重道远[N];中国化工报;2002年
8 刘得利;SiO_2、TiO_2和ZrO_2基选择层陶瓷膜[N];广东建设报;2002年
9 本报记者 张显峰;陶瓷膜技术:从一张白纸到两个行业标准[N];科技日报;2006年
10 记者 朱夕子;东丽成功应用陶瓷膜技术处理印染废水[N];中国纺织报;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978