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【亮點成果】先進膜材料與過程團隊在中國化工學會會刊《Chinese Journal of Chemical Engineering》發表最新研究成果

作者: 時間:2021-07-21 點擊數:

    近日,淮陰師范學院先進膜材料與過程團隊聯合培養碩士研究生范兆如以第一作者在中國化工學會會刊《Chinese Journal of Chemical Engineering》(中國化學工程學報(英文版))上發表題為“Preparation and properties of a low-cost porous ceramic support from low-grade palygorskite clay and silicon-carbide with vanadium pentoxide additives”的論文,該研究得到了國家自然科學基金面上項目的支持。Chinese Journal of Chemical Engineering為中國化工學會會刊,由中國科協主管、中國化工學會和化學工業出版社有限公司共同主辦、化學工業出版社有限公司出版的化工領域綜合性英文學術期刊。

    多孔陶瓷支撐體是陶瓷膜制備和應用的基礎,為膜層提供足夠的機械強度。一般情況下,多孔陶瓷支撐體是由骨料和添加劑混合均勻,經成型后高溫燒結而成。但是制備支撐體的材質單一,不易燒結等問題導致其制備成本增加,因此國內外研究者開發一些新的、低成本、來源豐富的骨料制備易燒結、低成本、高性能的支撐體,并獲得了巨大的成功。凹凸棒石黏土是以凹凸棒石為主要組分的一種黏土礦物( 凹土 ),凹凸棒石具有獨特的一維納米棒晶和水合結構。江蘇盱眙凹凸棒石黏土儲量占國內總量的74 %,世界總量的48 %,按照主要礦物組成,凹凸棒石黏土礦大致可以分為5類:( 1 ) 凹凸棒石黏土;( 2 ) 蒙脫石-凹凸棒石黏土;( 3 ) 白云石-凹凸棒石黏土;( 4 ) 蛋白石-凹凸棒石黏土;( 5 ) 蒙脫石黏土。近年來,中科院盱眙凹土中心攻克了凹凸棒石棒晶束團聚問題,能夠有效解決凹凸棒石大規模發展利用問題,這對于推動凹凸棒石黏土產業向規?;?、高端化發展,具有重要意義。因此在諸多領域中凹凸棒石黏土均有大量的應用,如:吸附劑、催化劑、膜材料等方面,已經成為盱眙縣的黃金資源。但是凹凸棒石黏土的開發受到其黏土礦品位的影響,礦石品位越高,處理越簡單,獲得的凹凸棒石純度越高,其黏土附加值越高。在高含量凹凸棒石黏土得到有效開發利用的同時,低品位凹凸棒石黏土由于雜質礦物含量高、礦層變化大、分離和提純工藝復雜,被大量棄用,嚴重制約了凹凸棒石黏土產業的發展。因此,如何合理、高效的利用低品位凹凸棒石黏土資源,開發黏土高附加值產品,已成為凹凸棒石黏土產業發展的迫切需要。

    鑒于此,本文研究利用低品位凹凸棒石黏土采用干壓成型法制備多孔支撐體,這不僅可以有效利用低品位凹凸棒石黏土資源,而且降低了多孔陶瓷的制備成本,能夠獲得高性能多孔陶瓷支撐體。以低品位凹凸棒石黏土-碳化硅為骨料,采用干壓成型法制備低品位凹凸棒石支撐體,系統研究原料配比、成型壓力、燒結溫度和添加劑種類及用量等對多孔陶瓷支撐體的微觀結構、晶相組成、氣體滲透性能、機械強度、耐腐蝕性能的影響。 結果表明,凹凸棒石黏土中加入適量的碳化硅作為骨料,能夠有效阻止支撐體在燒結過程中的過度收縮,支撐體的機械強度和孔隙率大幅增加。隨著造孔劑添加量的增大,支撐體孔隙率增大,而機械強度降低;成型壓力增加使得支撐體機械強度增大,但孔隙率減少。當凹凸棒石黏土/碳化硅為 1.7/1、造孔劑含量為6 %、五氧化二釩添加量為5%,干壓壓力為10 MPa及燒結溫度700 ℃時支撐體性能最優,其平均機械強度為17.76±2.03 MPa,孔隙率44±0.3 %。因為五氧化二釩較低的熔點,使得支撐體在燒結過程中機械強度增加。這不僅為膜支撐體的開發提供了新思路,也充分利用了低品位凹凸棒石的豐富資源,為低品位凹凸棒石的開發利用提供新的方向,避免了資源浪費。

    文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cjche.2020.08.018

 


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