Научные основы технологии и применения керамических мембран

• Автор: Каграманов, Георгий Гайкович
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 403 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ф ВВЕДЕНИЕ
1 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ
МЕМБРАН
1.1 Структурные характеристики мембран
1.2 Методы получения пористой подложки мембран
1.3 Методы получения керамических мембран
1.4 Влияние структуры и химического состава материала на свойства
мембран
1.5 Выводы
1.6 Список литературы к главе
2 РАЗРАБОТКА ПОРИСТЫХ ПОДЛОЖЕК КЕРАМИЧЕСКИХ
МЕМБРАН
2.1 Разработка технологии подложек на основе оксида алюминия
^ методом прессования
2.2 Разработка технологии подложек на основе карбида кремния методом
прессования
2.3 Получение подложек на основе оксида алюминия методом
прессования на парафиновой связке
2.4 Разработка технологии трубчатых подложек на основе оксида
алюминия методом экструзии
2.5 Выводы
2.6 Список литературы к главе
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МИКРОФИЛЬТРАЦИОННЫХ
МЕМБРАН
3.1 Исходные материалы и методы исследования
3.2 Микрофильтрационные мембраны на основе диоксида циркония
3.3 Микрофильтрационные мембраны на основе оксида алюминия
3.4 Выводы

3.5 Список литературы к главе
4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ 140 * МЕМБРАН
4.1 Исходные материалы и методы исследования
4.2 Ультрафильтрационные мембраны на основе диоксида кремния
4.2.1 Исследование реологических свойств, агрегативной устойчивости и выбор состава композиций золь 8Ю2-полимер
4.2.2 Исследование, выбор условий и результаты проведения золь-гель процесса формирования селективного УФ слоя на основе диоксида кремния
4.3 Ультрафильтрационные мембраны на основе диоксида циркония
4.3.1 Исследование реологических свойств, агрегативной устойчивости и выбор состава композиций золь ХЮ2-полимер
4.3.2 Выбор режима термообработки
4.3.3 Выбор условий и результаты проведения золь-гель
^ процесса формирования селективного УФ слоя
4.4 Ультрафильтрационные мембраны на основе диоксида титана
4.5 Ультрафильтрационные мембраны на основе диоксида церия
4.5.1 Золь диоксида церия и его основные коллоидно-химические свойства.
4.5.2 Исследование реологических свойств, агрегативной устойчивости и выбор состава композиций золь Се02-полимер
4.5.3 Выбор режима термообработки селективного слоя
4.5.4 Получение ультрафильтрационных мембран
4.6 Проницаемость и селективность ультрафильтрационных мембран
4.7 Моделирование процесса получения селективных слоев керамических мембран
4.7.1 Течение жидкости в пористых средах
4.7.2 Математическая модель процесса
4.8 Выводы
4.9 Список литературы к главе

5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ ЧЕРЕЗ
КЕРАМИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
ф 5.1 Аналитическая аппроксимация решения системы уравнений,
описывающих течение жидкости в пористом канале
5.1.1 Элемент с мембраной, нанесенной на внутреннюю поверхность пористой трубчатой подложки
5.1.2 Элемент с мембраной, нанесенной на наружную поверхность
пористой трубчатой подложки
5.1.3 Обсуждение результатов, сравнение экспериментальных и теоретических данных
5.1.4 Предпосылки оптимизационных расчетов мембранного модуля
5.2 Математическая модель течения жидкости в цилиндрическом
фильтрующем элементе
5.2.1 Уравнение течения жидкости в канале с пористыми стенками
5.2.2 Уравнение фильтрации жидкости через керамическую мембрану

^ трубчатого типа
5.2.3 Мембранная фильтрация при постоянном давлении жидкости в дренажном канале
5.2.4 Расчет профилей давления и скорости течения в напорном канале мебранного элемента
5.3 Влияние осадкообразования на гидродинамику и массоперенос в мембранном элементе
5.4 Оптимизация многоканального мембранного элемента
5.4.1 Исходные уравнения фильтрации в мембранном элементе сложной формы
5.4.2 Расчет распределения давлений жидкости в поперечном канале мембранного элемента
^ 5.4.3 Решение задачи оптимизации мембранного элемента
5.5 Выводы
5.6 Список литературы к главе

случаях используют два и более промежуточных слоя с различным диаметром пор [83]. Удорожание таких мембран окупается улучшением их эксплуатационных характеристик. При получении рабочего слоя такие стадии как осаждение геля и его обжиг часто повторяют несколько раз.
Для получения на подложках однородных мембранных покрытий в золь или суспензию добавляют различные высокомолекулярные соединения (производные целлюлозы, поливиниловый спирт). Вязкость дисперсной системы регулируется количеством добавок.
В работе [84] предложен способ промышленного производства трубчатого керамического фильтрующего элемента с мембранным покрытием. Подложку в виде трубки наружным диаметром 10 мм, внутренним диаметром 5 мм и длиной 1000 мм формуют экструзией смеси электроплавленого корунда, выгорающих добавок, борсодержащего соединения (для снижения температуры обжига) и бентонита (пластификатор). Обжиг проводят в газовой печи при температуре ^ 1230- 1250 °С. Полученные данным способом изделия имеют следующие
свойства: открытая пористость 44 - 46 %, коэффициент газопроницаемости 0,1 -0,2 мкм2, средний размер пор 6-7 мкм, предел прочности при сжатии 100 — ПОМПа. Мембранный слой создается из того же материала, но при этом производится его дополнительный помол. Сначала методом окунания в разбавленную суспензию наносится промежуточный слой с удельной поверхностью 0,7 - 1,0 м2/г, затем (для обеспечения большей эффективности фильтрации) наносится второй фильтрующий слой с удельной поверхностью 1
1,5 м2/ г; производится сушка в вертикальном положении при комнатной температуре с последующим обжигом при 1250°С. Толщина слоев мембранного покрытия составляет 50 - 60 мкм. Фильтры, получаемые по данному способу, обеспечивают достижение ПДК по нефтепродуктам и взвешенным частицам в стоках, сливаемых в городскую канализацию. Производительность фильтров ф составляет 20 л / м2ч.
Формование керамической мембраны из порошковых компонентов осложняется трудностями, связанными с получением бездефектной однородной