论文摘要：超滤炭膜的制备与表征

膜分离技术是一种新型、高效的分离技术，其分离效率主要依赖于膜材料的性能。炭膜是一种新型的无机膜，具有耐高温、化学稳定性好和机械强度高等优点，超滤炭膜是一类重要的炭膜，可广泛应用于化工、环保、医药、生物等领域。目前关于超滤炭膜的研究进展缓慢，其主要原因是缺少有效地膜制备和孔结构控制方法。本文以杏壳炭粉为原料制备了管状炭膜支撑体，考察了原料粒度、粘结剂种类及用量、造孔剂等对支撑体性质的影响；以炭黑为原料在自制的支撑体上制备了超滤炭膜，并对其进行了表征。将炭化后的杏壳粉与实验室自制的水溶性酚醛树脂等粘结剂混合，经挤压成型炭化后得到支撑体。试验结果表明炭粉粒度显著影响着炭膜支撑体的孔结构。在相同粘结剂用量的情况下，粒径越小，孔径分布越窄、平均孔径越小、孔隙率越小、纯水通量越小。粘结剂用量不仅可以增加膜的强度，而且可以影响膜的孔结构和性能。炭粉粒度相同时，支撑体孔径分布曲线随着粘结剂用量的增加变宽，平均孔径变大，但孔隙率下降，纯水通量减小。用沥青和聚乙烯醇混合液作粘结剂时，平均孔径大于0.7μm，纯水通量可达4500L•m-2•h-1，膜可承受的爆破压力达到0.8MPa以上。单独用水溶性酚醛树脂作为粘结剂，用量为15%时，膜的孔隙率为31%。使用聚乙烯醇缩丁醛作为造孔剂，膜的孔隙率可以增加到51%。以阴离子型L-D表面活性剂和水溶性酚醛树脂作为复合分散剂，制备了炭黑/水分散体系。结果表明所选的复合分散剂是可行的，以炭黑为基准，添加剂最佳用量为：表面活性剂10%，水溶性酚醛树脂12%。最佳分散pH范围是在10.42~11。在最佳配方和参数条件下可以得到合适的炭黑/水悬浮液。将炭黑悬浮液涂覆在炭膜支撑体表面，可以有效地形成分离层。此方法与高聚物制备膜相比，工艺更简单。支撑体的孔径分布和孔隙率对分离层形成至关重要，且平均孔径应小于0.4μm。当涂膜液的粘度值小时，形成的分离层较薄且不易有裂纹，随着浸涂次数的增加，分离层厚度加大，分离层有裂纹。最佳工艺条件下，炭膜对分子量20000的聚乙二醇截留率可达58%。