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高温烟气净化用孔梯度陶瓷纤维膜的设计、制备及特性

王耀明  
【摘要】: 高温过滤技术是工业排放与环境保护工程中的重要一环,而陶瓷高温过滤材料是高温流体分离与净化的核心与关键。为此,本研究立足于制备过滤阻力低、分离效率高,且具有良好耐高温、耐腐蚀、抗热震等特性的孔梯度陶瓷纤维膜,这将对高温烟气净化等高温气体的处理及环境保护具有重大意义。 在阅读大量文献的基础上,通过对孔梯度陶瓷纤维膜使用环境要求和制备工艺条件的综合分析,设计并确定了支撑体的材质、陶瓷纤维的种类以及高温结合剂、造孔剂的选择要点,并根据高温含尘气体粒子的大小和前期试验结果情况,确定了孔梯度陶瓷纤维膜陶瓷纤维分离层、过渡层和多孔陶瓷支撑体的孔径匹配性等要素。 系统研究了孔梯度陶瓷纤维膜用多孔陶瓷支撑体的制备方法,首次采用震动热浇注成型工艺,并通过调整各工艺参数制备出了耐高温、热稳定性好、气孔率高、透气阻力小、强度高、大孔径的堇青石质多孔陶瓷支撑体,并研究了多孔陶瓷支撑体的微孔性能尤其是孔径对成膜及膜层性能的影响。 制备出了符合高温烟气净化要求的孔梯度陶瓷纤维膜滤管。研究表明,高温陶瓷纤维作为构成陶瓷纤维过渡层和分离膜层的主要原料,其加入量、纤维长径比以及与之相匹配的堇青石骨料的粒度及结合剂的加入量影响陶瓷纤维过渡层和分离膜层性能。随着配料中陶瓷纤维含量的增加,陶瓷纤维过渡层和分离膜层气孔率、孔径有不同程度的提高,而材料的抗弯强度则明显下降。随着配料中结合剂加入量的提高,材料的孔径、气孔率有大幅度下降,而抗弯强度则有明显提高。陶瓷纤维的长径比愈大,则其在膜层结构中架桥作用愈明显,材料的微孔性能愈好。 陶瓷纤维的处理及分散工艺是陶瓷纤维膜制备工艺过程中的关键环节。研究表明,采用机械搅拌法,通过合理控制纤维在分散介质中的浓度、分散剂加入量、搅拌速度和搅拌时间等可以获得良好的分散效果。 研究表明,真空抽滤法是制备陶瓷纤维膜较可行的成型工艺,通过合理控制陶瓷纤维料浆的浓度、成型时抽滤压力及抽滤时间可以获得均匀的陶瓷纤维过渡层和分离膜层。陶瓷纤维料浆浓度愈高,膜层愈易形成,但浓度太高,膜层厚度不易控制,均匀性也差。另外,随着成型时抽滤压力的增大,相同条件下形成膜层厚度增大,但膜材料孔径、气孔率随之减小,而成型时抽滤时间只是对膜层厚度有一定的影响。 本研究建立了测定孔梯度陶瓷纤维膜管粉尘过滤效率的冷态实验模型,确定了相关合理的试验参数,系统测试了孔梯度陶瓷纤维膜管用于含尘气体净化时渗透率及阻力变化情况,并进行了陶瓷过滤元件对粉尘的过滤效果及清洗再生效果试验研究。试验表明,项目研究的TGXM10孔梯度陶瓷纤维膜管对含尘气体具有非常好的净化效果和清洗再生性能,可以满足高温含尘气体净化的需要。


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