导电微滤炭膜的制备及其性能研究

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导电微滤炭膜是一种新颖的无机膜材料,它是由廉价的前驱体材料一煤经高温热解制备而成,具有较好的热稳定性和化学稳定性及良好的导电性能等优点,在许多领域得到了广泛应用。近几年,本课题组与天津工业大学密切合作,利用炭膜的导电特性,共同研发出一种新型的具有自清洁功能的膜材料一电催化炭膜,它提高了膜材料抗污染性,特别是对一些难降解工业废水具有良好的处理效果。在该项技术中导电微滤炭膜作为膜/电极材料,其孔结构性能和导电性能会影响膜对污水的处理效率,因此研究导电微滤炭膜的孔结构性能和导电性能以及两者之间的关系,对该项技术的推广有着至关重要的意义。本文通过添加造孔剂和添加剂以及配煤的方法优化了炭膜的孔隙结构以及机械强度。考察了炭膜孔结构与其导电性能的关系,通过在制膜原料中添加炭黑、石墨、炭纤维对炭膜的导电性能进行优化,并考察了在低压电场作用下,导电微滤炭膜水通量的变化规律及电化学氧化对废水处理效果的影响。并借助于TG、SEM、XRD、泡压法等分析手段对导电炭膜的结构性能进行表征。结果表明,造孔剂和添加剂的加入,有效丰富了炭膜孔结构;焦煤和瘦煤的添加量为2:8时,有效提高了炭膜的机械强度,保持了炭膜较高的通量;炭膜的导电性能随其孔隙率的增加而减弱,导电添加剂的加入能够有效提高炭膜的导电性能。在电场的作用下,由于电渗效应和电化学反应的存在,使导电炭膜的渗透通量明显地提高,并且随着电场强度的增加及膜电阻的减小,渗透通量的增加程度更加显著。将导电炭膜用于亚甲基蓝污水体系,由于炭膜亲水性的改变和电渗效应以及电化学反应的影响,不仅增大了炭膜的通量,而且对亚甲基蓝产生了氧化降解作用,在通量为236L·h-1·m-2·Bar-1时具有98.3%的降解率,使得导电炭膜表现出良好的抗膜污染能力和降解效率。
摘要第1-5页
Abstract第5-10页
引言第10-11页
1 文献综述第11-27页
   ·膜及膜分离技术第11-12页
   ·炭膜的定义及分类第12页
   ·炭膜的制备及表征第12-20页
     ·制备炭膜的前驱体材料第12-14页
     ·炭膜的制备方法第14-18页
     ·炭膜的表征手段第18-20页
   ·炭膜的应用第20-22页
     ·气体分离第21页
     ·液体分离第21-22页
   ·膜污染问题及控制手段第22-25页
     ·电场强化膜过滤技术第22-24页
     ·电催化氧化技术第24-25页
   ·选题的依据和研究内容第25-27页
2 导电微滤炭膜的制备及表征第27-35页
   ·原料第27-29页
     ·煤第27-28页
     ·导电改性材料第28-29页
     ·粘结剂第29页
     ·造孔剂第29页
     ·添加剂第29页
   ·导电微滤炭膜的制备第29-30页
   ·导电微滤炭膜的表征第30-35页
     ·孔结构性能表征第30-31页
     ·力学性能表征第31-32页
     ·结构性能表征第32-33页
     ·导电性能表征第33页
     ·错流过滤水渗透通量测试装置第33页
     ·附加电场的膜过滤系统第33-34页
     ·滤液性能表征第34-35页
3 导电微滤炭膜孔结构性能及机械强度的优化第35-45页
   ·不同煤种对导电微滤炭膜结构性能的影响第35-38页
     ·煤、粘结剂及原膜的TG(DTG)分析第35-37页
     ·煤样对导电微滤炭膜孔结构及强度的影响第37-38页
   ·造孔剂对导电微滤炭膜孔结构性能的优化第38-41页
     ·粘结剂、造孔剂、瘦煤热失重曲线第38-39页
     ·造孔剂添加量对导电微滤炭膜孔结构的影响第39-40页
     ·造孔剂添加量对导电微滤炭膜机械强度的影响第40-41页
   ·添加剂对导电微滤炭膜孔结构性能的优化第41-42页
     ·添加剂添加量对导电微滤炭膜孔结构的影响第41-42页
     ·添加剂添加量对导电微滤炭膜机械强度的影响第42页
   ·导电微滤炭膜机械强度的优化第42-44页
     ·配煤比例对导电微滤炭膜孔结构的影响第43-44页
     ·配煤比例对导电微滤炭膜机械强度的影响第44页
   ·本章小结第44-45页
4 导电微滤炭膜导电性能的优化第45-58页
   ·煤种对导电微滤炭膜导电性能的影响第45-48页
     ·X射线分析第45-47页
     ·煤样对导电微滤炭膜孔隙率和导电性能的影响第47-48页
   ·导电微滤炭膜导电性能与孔结构性能的关系第48页
   ·导电炭黑对导电微滤炭膜性能的影响第48-51页
     ·导电炭黑添加量对导电微滤炭膜孔结构性能的影响第49-50页
     ·导电炭黑添加量对导电微滤炭膜导电性能的影响第50页
     ·导电炭黑添加量对导电微滤炭膜机械强度的影响第50-51页
   ·导电石墨对导电微滤炭膜性能的影响第51-54页
     ·导电石墨添加量对导电微滤炭膜孔结构性能的影响第51-52页
     ·导电石墨添加量对导电微滤炭膜导电性能的影响第52-53页
     ·导电石墨添加量对导电微滤炭膜机械强度的影响第53-54页
   ·导电炭纤维对导电微滤炭膜性能的影响第54-57页
     ·导电炭纤维添加量对导电微滤炭膜孔结构性能的影响第54-55页
     ·导电炭纤维添加量对导电微滤炭膜导电性能的影响第55-56页
     ·导电炭纤维添加量对导电微滤炭膜机械强度的影响第56-57页
   ·本章小结第57-58页
5 导电微滤炭膜水处理性能研究第58-70页
   ·孔隙结构对导电微滤炭膜水通量的影响第58-59页
   ·导电微滤炭膜水处理过程中污染性质的研究第59-60页
   ·在电场作用下,导电性能对导电微滤炭膜纯水通量的影响第60-63页
     ·电场强度对膜渗透通量的影响第60-61页
     ·导电微滤炭膜孔隙结构及导电性能对膜渗透通量的影响第61-63页
   ·导电微滤炭膜对染料废水处理效果的考察第63-69页
     ·导电微滤炭膜对亚甲基蓝溶液处理效果的考察第64-66页
     ·导电微滤炭膜对印染废水处理效果的考察第66-69页
   ·本章小结第69-70页
结论第70-72页
参考文献第72-78页
攻读硕士学位期间发表学术论文情况第78-79页
致谢第79-80页
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