论文总字数：14449字

摘 要

碳化硅陶瓷膜由于其水通量高、孔径大、膜亲水性好、抗污染能力强等优点在液体过滤方面有很好的应用前景。想要制备出性能优良的陶瓷膜，必须要有高性能的陶瓷支撑体作保证。

本文为了在较低温度下制备用于液体过滤的碳化硅陶瓷支撑体，过滤细菌、病毒为目的，以碳化硅为原料，聚乙烯醇和甘油为粘黏剂，通过压片成型法制备碳化硅陶瓷支撑体，并对所制备的支撑体进行表征。考察粉体的粒径分布对支撑体性能的影响。以4组平均粒径为26 μm，但粒径分布不同的碳化硅粉体制备孔径在1-3 μm的支撑体。考察不同烧结温度下支撑体孔结构、抗弯强度等性能。研究了粒径分布和温度对支撑体孔径、孔隙率、抗弯强度的影响。根据支撑体性能的结果，选出第四组碳化硅粉体作为后续实验的原料。

关键词：液体过滤 碳化硅 支撑体 粒径分布

ABSTRACT

Silicon carbide ceramic support has a good application in liquid filtration due to its high water flux, large pore size, good hydrophilic, and strong anti-pollution ability, etc. The ceramic membrane is prepared with excellent performance, which depends on high performance ceramic membrane support as a guarantee.

In this paper, silicon carbide ceramic support was prepared by pressure molding for liquid filtration, filtering bacteria or virus at low temperature. Silicon carbide was used as raw material, and polyvinyl alcohol and glycerin was used as binders. The effect of Powder particle size distribution on the pore structure, flexural strength and other properties of the support with different temperture were investigated. The average particle size of silicon carbide powder is 26 μm, but the particle size distribution of silicon carbide powder is different. The pore size of support is 1-3 μm support, pore structure, flexural strength and other properties of the support were studied at different sintering temperature. The effect of temperature and particle size distribution on the support were studied on pore size, porosity and bending strength. According to the results of support’s performance, the fourth set of silicon carbide powder was selected as raw material for subsequent experiments.

Key words: Liquid Filtration；SiC；Support；Particle size distribution

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1研究背景 1

1.1.1水质污染严重 1

1.1.2 水质处理技术 1

1.2无机膜 2

1.3碳化硅材料 3

1.4碳化硅膜管的制备 4

1.5目前研究现状 5

1.6最终目标 5

第二章 实验部分 7

2.1 概述 7

2.2 实验内容 7

2.2.1 SiC支撑体的制备 7

2.2. 2 支撑体制备的流程图 7

2.2.3 粉体及支撑体性能的表征 8

第三章 结果与讨论 9

3.1 SiC粉体与粒径分布的表征 9

3.1.1 SiC粉体表征 9

3.1.2 SiC粒径分布表征 9

3.1.3 粒径分布对多孔SiC支撑体孔结构的影响 10

3.1.4 粒径分布对多孔SiC支撑体抗弯强度的影响 11

3.2 本章小结 12

第四章 结论与展望 13

4.1结论 13

4.2展望 13

参考文献 14

致谢 17

第一章 文献综述

1.1研究背景

1.1.1水质污染严重

水是人类生活不可或缺的一部分，但是随着人类科技的发展与进步带来了各种各样的水污染。如地下污水、城市污水、泳池水等。地下水作为自然资源的一部分，不但为全球的大部分人口提供着宝贵的饮用水源，更是农业种植和工业生产的主要用水来源。在我国大约有70%人口饮用地下水，大约有40%的耕地是用地下水来灌溉的［1-2］。地下水污染是由人类的活动影响导致地下水水质恶化的现象。实际上地下水正受到严重的污染，由于工业生产、农药化肥和矿业开采所导致的污染，尤其是一些城市地下水水源水质恶化，有向深部含水层转移的迹象［3-7］。城市污水是通过下水管道收集到的所有排水的统称，是由排入下水管道的生活污水、工业废水和城市降雨组成的混合液体，主要包括生活污水和工业污水。水中普遍含有以下各种污染物：悬浮物、病原体、需氧有机物和可能含有多种无机污染物或有机污染物，如氟、酚、氰、多环芳烃等。

随着人们的生活提高，去游泳锻炼是很普通的事情。然而带来了新的问题，泳池的水干净吗？对皮肤会带来怎样的伤害呢？这些问题被越来越多的爱好者关注。通过调查发现泳池水的主要污染物有：1. 人体的脱落物、排出物和携带物；2. 天然的，如尘埃、树叶、雨水和昆虫等；3. 人为添加的，如消毒剂、除藻剂、酸碱平衡剂和净水剂等化学药剂。

通过上述内容可以看出，人类每一次的发展进步都会有大量的污水产生，然而我们有限的水资源却不会再生，如果我们一直就这么发展下去，终究有一天我们将会无水可用，所以对污水的处理利用利用是势在必行的。

1.1.2 水质处理技术

随着是科学技术的发展，污水的处理工艺有了重大的突破。经历了传统的污水处理工艺（过滤、沉降、絮凝、结晶等）、纤维素膜技术、聚合物膜技术以及现在比较热门的陶瓷膜技术。例如自来水厂所采用的净水过程是混凝—澄清—过滤—加氯杀菌模式，这个过程一般来讲可以保证自来水的澄清和无菌，但是仍有大部分的可溶性污染物和有害物质存在，这种简单的水处理过程是无法完全清除的。传统的工艺有着很大的缺陷，其能耗高、效率低。如果使用纤维素膜和聚合物膜来处理上述工艺，虽然有着柔韧性好并且可以降低成本，却有着化学稳定性差、使用用寿命短等缺点。但是使用陶瓷膜技术就不同了，在整个净水过程中不仅过滤精度高、还节约了成本、效率高、对环境友好和具有最为明显的占地面积小的优点，还可以很好地解决有机膜所存在的问题，大大的得到提高了净水的效率。通过比较得出膜技术在水处理这方面有很大的应用前景。根据不同的成膜材料，膜技术可分为有机膜和无机膜两类[8]。其中有机膜又称为高分子分离膜，是由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜，通常包括醋酸纤维素、聚醚砜和氟聚合物等成膜材料。而无机膜是以金属及其氧化物、陶瓷和多孔玻璃等作为分离介质制成的半透膜，常用材料包括 Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SiO₂、SiC 等[9]。有机膜相比较于无机膜成本低、柔韧性好，但其化学稳定性差、使用寿命短；而于有机膜相比，无机膜主要优点有[10]：1.优良的化学稳定性；2.温度适用范围广；3.抗污染性好[11]；4.机械性好，适用于高黏度、高固含量、含硬性颗粒的复杂流体物料的分离，对于物料的预处理要求低；5.分离效率高，孔径分布窄和非对称膜结构可提高对特征污染物或特定分子量范围溶质的去除率；6.易于实现膜的再生，无机膜的使用寿命是有机膜的 3~5 倍[12-13]。膜分离技术被认为是21世纪最有发展前途的高科技之一。在短短的几十年里，膜技术发展迅速，受到了全世界的瞩目，与之相关的科学技术得到突飞猛进发展，也使得膜技术的实际应用成为可能。随着膜技术的发展新的问题也随之而来，人们通过实践发现膜在使用时很容易被污染、而且膜的通量较低。通过研究发现无机膜由于其化学稳定性好、使用寿命长，可以得出无机膜能够很好的解决膜容易被污染、通量低这一问题。所以无机膜的应用有着更为广阔的前景。

1.2无机膜

无机膜是以无机材料为分离介质制成的具有分离功能的渗透膜，如陶瓷膜、金属膜、合金膜、分子筛复合膜和玻璃膜等，它具有化学稳定性好、孔径分布窄和分离效率高等特点，可用于液体分离等[14]。无机膜的研究始于20世纪40年代，现已历经3个阶段。第一阶段采用陶瓷膜富集²⁵⁶UF₆，第二阶段是发展工业用的无机微滤膜和无机超滤膜，第三阶段是将无机膜与催化反应过程结合而构成膜催化反应过程。我国无机膜研究工作起步较晚，大约从1980年才开始对无机膜的研究开发，与国际先进水平存在着明显的差距。因此，国家自然科学基金委员会于1990年初设立专项重点基金，资助无机膜的应用基础研究，希望加速其发展。在我国“九五”计划期间，无机膜制备与应用技术的研究被列入国家科委重点攻关计划之一，开发的陶瓷微滤膜和超滤膜已在部分产业的实际应用中获得了成功，并初步形成商品化[15]。由于无机膜的优异性能和无机材料科学的发展，无机膜的应用领域得到日益扩大，无机膜的工业化应用主要集中于液体过滤等领域[16-17]，无机膜在液体分离方面的应用主要是微滤和超滤，其中使用最多的是陶瓷膜。无机膜的应用成为当前膜技术领域的一个研究开发热点[18]。

陶瓷膜是以多孔陶瓷材料为介质制成的具有分离功能的渗透膜。它可以承受高温和较宽的pH值范围，而且陶瓷膜的化学稳定性比聚合物膜高，常用于微滤和超滤。陶瓷分离膜是以多孔陶瓷为载体、以微孔陶瓷膜为过滤层的陶瓷质过滤分离材料。它主要是依据“筛分”理论，根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，利用压力差为推动力，使小分子物质可以通过，而大分子物质则被截留，从而实现它们之间的分离[19]。目前开发的陶瓷膜其使用材料有碳化硅、氧化铝、氧化钴、氧硅、硅酸铝等。

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