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1、摘要摘要MCM 陶瓷过滤膜片是一种净水用多孔陶瓷材料。本文通过改变制备工艺和粘结剂，探究三种制备 MCM 陶瓷过滤膜片的工艺方法，通过烧结温度以及颗粒细度的变化来制得一系列 MCM 陶瓷过滤膜片，并选定了密度，孔隙率以及水通量和灭菌率作为陶瓷过滤膜片的性能表征，从而研究烧结温度和颗粒细度对 MCM陶瓷过滤膜片的各性能的影响。实验结果表明,当 MCM 陶瓷过滤膜片的烧结温度越高时，样品的密度逐渐增加，而对应的孔隙率和水通量则不断下降。当制得MCM 陶瓷过滤膜片的陶瓷颗粒细度越高时，对应的样品的密度逐渐增加，对应的孔隙率和水通量则不断下降，样品的灭菌率也在不断提高.可以通过改变烧结温度和颗粒细度，
2、来改善了产品的过滤性能和抗菌性能。关键词关键词：陶瓷过滤膜片 制备工艺 性能安徽建筑工业学院本科生毕业论文 IIAbstractMCM ceramic filter membrane with a porous ceramic material of a water purification. By changing the preparation process and the binder, to explore the three ceramic filter diaphragm preparation process MCM method, the sintering temperat
3、ure and the change of particle fineness obtained a series of MCM ceramic filter diaphragm, and selected the density, porosity sterilization rate and rate of water flux and Characterization of a ceramic diaphragm, which of sintering temperature and particle fineness on MCM ceramic filter membrane of
4、the performance. The results show that MCM ceramic filter diaphragm when the sintering temperature is higher, increasing the density of the sample, and the corresponding porosity and water flux is dwindling. MCM obtained when the ceramic particles of ceramic membrane filtration fineness is higher, c
5、orresponding to gradually increase the density of the sample, the corresponding porosity and water flux is dwindling, the sample sterilization rate is also rising. You can change sintering temperature and grain fineness, to improve the filtration performance of the product and antibacterial properti
6、es.Keywords: Ceramic filter diaphragm Preparation Performance 目录目录第 1 章 前言11.1 研究背景11.2 多孔陶瓷材料概况及存在的问题11.2.1 多孔陶瓷材料的概况.1 1.2.2 目前国内多孔陶瓷过滤器存在的不足.2 1.2.3 MCM 陶瓷过滤膜片的抗菌机理及性能.2 1.2.4 多孔陶瓷材料的国内外研究现状.3第二章 实验方案及实验内容82.1 MCM 陶瓷过滤膜片的制备.82.1.1 试验思路.8 2.1.2 压制成型法 18 2.1.3 压制成型法 28 2.1.4 抽真空成型法.92.2 MCM 陶瓷过滤膜片的
7、性能表征112.2.1 实验方案.11 2.2.2 密度的测定.11 2.2.3 孔隙率的测定.11 2.2.4 水通量的测定.12 2.2.5 颗粒细度对样品各物理性能的影响.13 2.2.6 烧结温度对样品各物理性能的影响.13 2.2.7 抗菌性的测定.13 2.2.8 颗粒细度对抗菌性的影响.15第三章 实验数据处理与分析163.1 烧结温度对 MCM 陶瓷过滤膜片物理性能的影响163.1.1 不同烧结温度的样品物理性能对比实验原始数据.16 3.1.2 不同烧结温度的样品物理性能对比实验处理后数据.17 3.1.3 不同烧结温度的样品物理性能对比实验结果分析.193.2 颗粒细度对
8、MCM 陶瓷过滤膜片物理性能的影响193.2.1 不同颗粒细度的样品物理性能对比实验原始数据.19安徽建筑工业学院本科生毕业论文 IV3.2.2 不同烧结温度的样品物理性能对比实验处理后数据.20 3.2.3 不同颗粒细度的样品物理性能对比实验结果分析.233.3 颗粒细度对 MCM 陶瓷过滤膜片抗菌性的影响.243.3.1 不同颗粒细度的样品抗菌性对比实验数据:25 3.3.2 实验结果与分析26第四章 实验结论28参考文献29致 谢31第第 1 章章 前言前言1.1 研究背景研究背景多孔材料是 20 世纪发展起来的崭新材料体系，其显著特点是：具有规则排列、大小可调的孔道结构及高的比表面积和
9、大的吸附容量。多孔材料不仅孔径适中、具有较大的比表面积和壁厚、且具有较高的热稳定性和水热稳定性。在性能上，由于其量子限域效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、以及介电限域效应而体现出许多新的性质，因而由多孔材料制成的多孔陶瓷这一绿色材料在气体液体过滤，净化分离，催化载体，吸声减震，高级保温材料，生物植入材料，特种墙体材料和传感器材料等领域具有广阔的应用前景。1.2 多孔陶瓷材料概况及存在的问题多孔陶瓷材料概况及存在的问题1.2.1 多孔陶瓷材料的概况多孔陶瓷材料的概况多孔陶瓷是一种以耐火原料为骨料, 配以结合剂等经过高温烧结而制成的陶瓷材料，其结构内部具有大量贯通的可控孔径的微细气孔具
10、有孔径均匀,高吸附性，透气性，耐腐蚀性，环境相容性，生物相容性等。可广泛应用于各种液体的过滤和气体的过滤，在工业用水，生活用水处理和污水净化等方面有着广泛的应用前景。作为过滤材料，多孔陶瓷具备很多优点：化学稳定性好，耐酸碱及有机溶剂。极好的耐极冷极热性能，一般工作温度可达 10001100，特殊材料的多孔陶瓷，最高时工作温度可达 1600。抗菌性能好，不易被细菌降解，不易堵塞而且易生。无毒，尤其适用于食品行业和药物的处理。为此，它广泛应用于水源净化，空气净化，污染处理等方面。用多孔陶瓷替代目前国类水处理行业使用的石英砂过滤材料后，可大幅度提高水处理效果，减少环境污染，降低水处理成本。而目前在饮
11、用水行业中得到应用的陶瓷分离膜与一般的有机膜相比具有以下无法比拟的优点：如耐久性，抗化学腐蚀性，耐热性及高强度，结构稳定，孔径分布均匀，不易被微生物侵蚀，易再生等。其使用范围从以前的超纯水制造，药品和食品领域到目前的尿处理以及各种排水处理领域。在水处理时，可以反压洗净及药物强力洗净，所以过滤性的恢复性好，能够长期安全运转。浸安徽建筑工业学院本科生毕业论文 2渍型陶瓷分离膜装置适用于水处理，包括净水处理，大型建筑排水处理，生活排水处理以及地下水处理。也可以在反应槽中进行活性污泥处理。目前对生活和工业废水的处理方面，国外较为先进的方法是应用高分子超滤膜，但其设备不是价格昂贵，就是操作技术要求很高，
12、对于我国污染最为严重的中小型企业来说，很难将其加以利用。而无机陶瓷膜及其过滤设备价格低廉，运行能耗低，且陶瓷膜具有可再生性，大大降低了废水处理的操作费用，适合我国的国情，应用前景非常广阔。1.2.2 目前国内多孔陶瓷过滤器存在的不足目前国内多孔陶瓷过滤器存在的不足国内对多孔陶瓷在过滤技术中的应用研究虽起步较晚, 但目前以多孔陶瓷作为过滤元件组成的陶瓷过滤器, 在各行业的分离, 净化领域中已得到较全面的推广应用。如石化行业中液一固, 气一固分离, 制药、酿造行业中的无菌净化处理, 环保行业中高温烟气除尘等。目前国内的多孔陶瓷过滤器的过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。惯性冲撞: 流经多孔陶瓷过滤
13、元件微孔孔道的流体中的杂质颗粒, 由于惯性而与微孔孔道壁接触而被捕捉。惯性冲撞与杂质颗粒直径的平方成正比, 与流速及流体粘度成反比。扩散: 杂质颗粒由于布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触, 从而被捕捉。扩散捕捉和流速及流体粘度成反比。截留: 杂质颗粒由于比微孔孔道大而被捕捉, 属表面过滤。截留只与杂质颗粒的大小有关, 而与流速, 流体粘度没有关系。这些多孔陶瓷过滤装置虽然能得到很好的过滤作用，但由于其材料本身特性，并不能够起到很好的杀菌抑藻作用，当过滤滤芯使用时间过长时，其内部就会滋生细菌，其吸附和过滤能力也会随之减弱，如活性炭滤芯，而且有的过滤滤芯并不能够过滤掉水中微小的藻类孢子，不能达到抑
14、藻效果，使用时间过长时，这些都会影响到我们的身体健康。让多孔陶瓷过滤材料起到很好的过滤吸附和杀菌抑藻作用，这也是我们下一步的研究重点。1.2.3 MCM 陶瓷过滤膜片的抗菌机理及性能陶瓷过滤膜片的抗菌机理及性能本课题所要研究的 MCM 陶瓷过滤膜片就是一种广泛应用于水净化的无机材料，MCM 是由高质量的二氧化硅、氧化钙等氧化物和具有高吸附特征的成孔剂构成，采用机械造粒，并进行高温煅烧而成。它利用了特殊结构氧化物所具有的自发极化特性，提供了一种新颖的利用微电场以破坏微生物细胞膜的生存环境和代谢，进而灭活微生物的机制。其作用过程可被描述为：具有多孔特征的基体，因其具有的极强的毛细管力，捕获水体中的
15、微生物，进而由特殊结构氧化物所具有的自发极化电场作用，使得微生物灭活或失去繁殖能力。它主要具有以下性能：抗菌性能。具有良好的广谱抗菌性，抗菌效果显著。抑藻性能。对藻类具有抑制生长效果，对含藻类水体，具有抑制藻类繁殖作用环境友好性。对待处理的介质无污染；不改变待处理介质的化学构成；无须光催化，实际无毒，对人体及对环境无任何有害影响。吸附性能。它能够利用自身的多空网状结构对有害物质进行吸附，具有脱色和脱除异味效果。1.2.4 多孔陶瓷材料的国内外研究现状多孔陶瓷材料的国内外研究现状无机陶瓷的制备是无机膜科学的基础，目前已成为研究的热点。无机陶瓷膜的制备主要有以下几种：固态粒子烧结法固态粒子烧结法固
16、态粒子烧结法是制备膜的一种常用方法。其过程为：将固体颗粒研磨成细粉，用粘结剂混合均匀成胚，低温干燥，高温烧结即可。原始粒子大小、升温速度、粘结剂及烧结终温等对孔径和膜结构有一定的影响。中科大大连化学物理研究所、南京工业大学采用该法制备出了亚微米级的基膜。溶胶溶胶凝胶法凝胶法溶胶一凝胶法是最常见的介孔材料制备方法之一。具体过程为：将模板剂(如表面活性剂)溶解在溶剂中形成透明溶胶，相继加入原料及所需试剂，搅拌溶解后陈化。待溶胶陈化转变为凝胶，再对其进行热处理即可得到介孔材料。Zheng 等以 一环糊精有机分子和尿素为模板剂，通过钛酸丁酯醇溶液的水解缩聚反应制出 TiO 介孔材料，其比表面积高达 340g，孔容为 0.35cg，孔径分布窄，为 2.64.1nm。溶胶一凝胶法适用范围广、反应过程容易控制、实验设备简单、成本低、合成出的介孔材料纯度高，易于实现掺杂和工业化生产。水热法水热法( (溶剂热法溶剂热法) )安徽建筑工业学院本科生毕业论文 4水热法是指在高压反应釜中采用水(或其他溶剂)作为反应介质，通过对反应体系加热加压(或自生蒸
