粉煤灰基陶瓷膜支撑体的制备与尺寸放大试验.pdf

犱 狅 犻：?犼 犻 狊 狊 狀 收稿日期：基金项目：陕西省科技厅重点研发计划项目（，）作者简介：常华（），女，硕士研究生；通信作者：同帜（），男，教授级高级工程师，硕士生导师粉煤灰基陶瓷膜支撑体的制备与尺寸放大试验常华，詹辉，同帜，郭雅妮，杨万波（西安工程大学 环境与化学工程学院，西安 ）摘要：选取固体废物粉煤灰作为支撑体骨料，为烧结助剂，羧甲基纤维素（）为黏结剂，木炭粉为造孔剂，采用固态粒子烧结法制得初始陶瓷膜支撑体样品，并对其进行等比尺寸（直径）放大制备。探究支撑体尺寸放大制备中烧结温度、造孔剂添加量、尺寸（直径）放大倍数等因素对支撑体性能的影响，对物质组成、微观形貌、抗折强度、纯水通量、酸碱腐蚀率及孔径分布等性能进行表征。结果表明：最高烧结温度为 ，造孔剂木炭粉添加量为（质量分数），放大到原尺寸（直径）的倍时，所制得支撑体性能最佳，其内部孔隙均匀，颈型结构明显，纯水通量为?（），抗折强度为 ，中值孔径为 ，孔隙率为 ，酸、碱质量损失率分别为 、。关键词：造孔剂；烧结助剂；陶瓷膜支撑体；粉煤灰；尺寸放大中图分类号：文献标志码：文章编号：（）犘 狉 犲 狆 犪 狉 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱犛 犻 狕 犲犛 犮 犪 犾 犲 狌 狆犜 犲 狊 狋 狅 犳犆 犲 狉 犪 犿 犻 犮犕 犲 犿 犫 狉 犪 狀 犲犛 狌 狆 狆 狅 狉 狋 狊犅 犪 狊 犲 犱狅 狀犉 犾 狔犃 狊 犺 ，（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，（），（），（），（），（），?（），犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；有色金属（冶炼部分）（：?）年第期无机陶瓷膜技术发展至今，因其膜材质良好的耐腐蚀性、稳定性和温度耐受性，在污水处理、气体分离、石 油化工、食 品和 制 药等 领域 应 用 十 分 广泛 。陶瓷膜使用时，通常无需额外加入化学添加剂，运行能耗较低，符合国家低碳环保与可持续发展理念 。水处理和化工等领域出于降低处理成本、提高产品效率、保障质量等目的，对大通量、高强度无机陶瓷膜的需求量逐年增加。而陶瓷膜结构中，支撑体是确保其稳定性、机械强度和分离性能的关键组成部分，工业上支撑体所用骨料一般为、等化合物，其价格较高，不利于节省成本 。粉煤灰为煤炭燃烧的副产物，堆积产生危害，利用则为资源，其化学组成中包含未利用完全的制备陶瓷材料时经常使用的、等物质，且粉煤灰本身产生于高温条件下，参与高温制备过程是可行的 。同时，为实现陶瓷膜技术从实验室到工业化过渡，确保在实际处理条件中的效率与可行性，探索高性能支撑体的制备并对其进行尺寸放大研究意义重大。赵世凯等 以粉煤灰为主体骨料，为辅料制备出抗折强度 、气孔率 、收缩率 的陶瓷膜支撑体，水通量达?（），然而其烧结温度达 ，仍需进一步探究低温烧结方案。等 采用高岭土材料和粉煤灰颗粒于 制得平均孔径 的复合膜，最佳样品纯水通量为?（），使用廉价原料的同时采用共烧结工艺减少能耗，成功降低了制备成本与制作时间。陶瓷纳滤膜应用于多种中小型应用，如清洁、回收工业废水流中的热水等，但对于大规模应用，膜技术由于组件成本问题无法广泛推行 。等 将现有的小尺寸陶瓷纳滤膜进行放大以满足工业生产应用，由于膜组件成本普遍较高，研究增加了单位膜组件的膜表面积以提高运行效率、降低成本，前期已成功从?单元扩大到?单元，现目标为扩增到?单元，拟设计进行膜结构调整来达成。基于此现状，本研究以羧甲基纤维素（）为黏结剂，木炭粉（球磨后过 目标准筛）为造孔剂，为烧结助剂，骨料选用粉煤灰，烧制得到无机陶瓷膜支撑体。探究烧结温度（、）、木炭粉添加量（质量分数：、）、直径放大倍数（、）三种因素对支撑体机械性能、透水性、微观结构等方面的影响，以期制得高强度、大通量、尺寸放大后性能稳定的陶瓷膜，为高性能低价陶瓷膜的规模化制备与工业化应用提供方案。试验 原料与试剂粉煤灰取自陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿，主要成分（）：、其他 ；烧结助剂选用分析纯 ；黏结剂：羧甲基纤维素（化学纯）；造孔剂：木炭粉（宁合立洁化工有限公司）。支撑体制备流程支撑体制备流程如下。粉煤灰（较大碎块需预破碎为直径 均匀小块）于球磨机中进行球磨，转速为?。球磨后将粉状粉煤灰过 目筛以去除较大坚硬碎砾，且造孔剂木炭粉也需过筛备用，防止其粒径差异过大导致制成的支撑体孔径分布不均。以去离子水为介质，将骨料、添加剂等按一定比例混合，置于水浴 条件下搅拌至泥料具有一定可塑性，待泥料含水率在 左右时取出冷却，保鲜膜包覆后 条件下陈化。陈化后的泥料置于 型陶瓷挤管机中，设定压力为 ，挤出支撑体湿坯规格为：内径 、壁厚 、长 。室温放置后于干燥箱中 干燥。干燥后的支撑体生坯于箱式马弗炉中设定烧结程序进行高温烧结，烧结后的支撑体规格为：内径 、壁厚、长 。支撑体表征方式采用图所示实验室自制内抽式水装置（电子天平为 型，真空泵为 （）型）来测试计算支撑体水通量。压力设置为 ，每次测试前需在施加压力后水流稳定的条件下测试，以减少实验误差。纯水通量的计算公式：犑犞狋犃（）式中，犑为纯水通量（?（）；犞为通过膜的流体体积（）；狋为流体通过时间（）；犃为流体透过膜的有效面积（）。年第期有色金属（冶炼部分）（：?）图内抽式纯水通量测试装置犉 犻 犵 犐 狀 狋 犲 狉 狀 犪 犾 狆 狌 犿 狆 犻 狀 犵狆 狌 狉 犲狑 犪 狋 犲 狉 犳 犾 狌 狓狋 犲 狊 狋犱 犲 狏 犻 犮 犲抗折强度采用万能材料试验机进行测试，测试标准参照?，计算公式：犘 犔（犱犛）（犱犛）犱（）式中，为抗折强度（）；犘为样品断裂时负荷（）；犔为两下刀口间距（）；犱为样品断裂处内径（）；犛为样品断裂处壁厚（）。孔径分布测定方式为压汞法。基本测试方法如下：制取直径 、厚度的干燥待测样品支撑体圆片；将样品置于真空室中处理，以排除样品内外的空气；随后，将汞注入样品中，确保填满所有孔隙；设置适当压力与时间进行压汞处理；依据式（）计算：犱犞犞 犞，犞，狆犞（）式中，犱为孔径（），可换算为；犞为累积孔体积，数值上等于汞注入体积（）；犞为样品体积（）；为 汞 表 面 张 力（?）；为 汞 接 触角（）；狆为外压力（）。酸碱腐蚀率参考国家标准（?）中的质量损失法来测定。微观形貌通过扫描电子显微镜（）来观察分析；晶相组成通过射线衍射分析（）来完成。结果与讨论 烧结温度对支撑体性能的影响烧结温度在支撑体制备中至关重要，直接影响各项 性 能。本 试 验 设 置 在 、下分别制备支撑体样品进行测试分析，保温时间皆为。抗折强度及纯水通量烧结温度对支撑体抗折强度和纯水通量的影响趋势如图所示。由图可看出，烧结温度的逐步升高对纯水通量呈负影响，而抗折强度则呈上升态势。分析图中通量变化可知，烧结温度由 升至 期间，纯水通量从?（）降至?（），是由于升温过程导致体系热量激增，支撑体内部粒子开始烧结熔融为半固态或液态，原先低温下的孔结构由于烧结程度的加深不断破坏、收缩、闭合，透水孔隙数量下降明显，宏观上使得水通量降低。烧结温度从 升至 时，通量下降态势较之前更为显著，由?（）降至?（），这是因为 以上时，过高的温度改变了支撑体内部的晶型结构，晶格变形收缩后，孔隙形状与大小也随之改变，导致原本可渗透的孔隙变得更小或闭合，进一步限制了通量。分析抗折强度变化可知，温度为 时，抗折强度变化范围为 ，呈上升趋势，这是因为随着温度升高，颗粒间的相态转化更为频繁，熔融相态占比更多，液相物质填充到颗粒间孔隙中，使其黏结更加稳固，从而实现抗折强度的提升。温度为 时，抗折强度持续增加，且提升速率更快，是因为烧结温度上升到一定数值后，微观粒子转化过程开始进行，原料分子（或原子）开始重新排列，形成更有序、稳定的晶体结构，材料结构完整性更为显著，避免了导致裂纹出现的不稳定结构增多，从而进一步提高抗折强度。烧结温度低时，支撑体颗粒黏结性差，的样品在宏观上整体松散粗糙且摩擦后表面易掉落粉末，不利于覆膜。温度太高则使得颗粒黏合过于紧密，下样品存在轻微的釉化（表面平滑带有光泽类似釉料层）现象，导致支撑体纯水通量很低，不利于实际应用。图烧结温度对支撑体抗折强度及纯水通量的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳 狊 犻 狀 狋 犲 狉 犻 狀 犵 狋 犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲狅 狀犳 犾 犲 狓 狌 狉 犪 犾狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺犪 狀 犱狆 狌 狉 犲狑 犪 狋 犲 狉 犳 犾 狌 狓狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋有色金属（冶炼部分）（：?）年第期 微观形貌图为不同烧结温度下制得支撑体的微观形貌图。由图可知，随烧结温度由 提升至 ，材料内部颗粒松散状堆积逐渐消失，粒子间原有孔结构不断减少，温度升高至 ，小晶粒逐渐消失，原料颗粒出现物料熔融现象；放大后观察到的熔融后重新凝固现象更为明显，颗粒逐渐熔合填充形成较完整的颈部连接结构，相互黏结更加牢固，孔隙结构数目进一步减少。结合物相分析可知，温度越高，熔融态物质占比越多，颗粒间熔合现象越严重，最终导致支撑体抗折强度大幅提升，而纯水通量却越来越小。升至 时，熔融态物质已紧密连接在一起，只留有很小一部分孔隙，待支撑体冷却出炉后，熔融态物质的过度黏结使支撑体高度致密化，以至于孔隙基本消失，虽支撑体的抗折强度得到大幅提升，但其透水性已难以满足应用要求。图不同烧结温度支撑体的犛 犈犕图犉 犻 犵 犛 犈犕犻 犿 犪 犵 犲 狊狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 狊犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狊 犻 狀 狋 犲 狉 犻 狀 犵 狋 犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 狊 物质组成图为 、下制得的支撑体 谱。由图可知，随烧结温度由 开始提升，石英峰强度逐渐下降，这是由于在温度提升过程中，石英相发生了晶相转化，原料中存在的 在 以上时开始与、等反应生成钠正长石晶体（）与钠斜长石（）晶体，但钠长石等物质到达一定温度时会变为熔融状态，之后会与支撑体内部其他物质互相包裹，覆盖到颗粒间的孔隙处。因而钠长石峰强度先略微提升而后有所降低。此外，紫砂岩峰强度基本无变化，莫来石峰强度略微下降，是由于莫来石（）（）为层状结构硅酸盐矿物，其在晶体结构中包含（）和（），高温下这部分 和 与粉煤灰中原有的 反应，形成钠长石（）结构。紫砂岩材料稳定且耐高温，烧结时略微出现一些晶粒生长但幅度不大，因而其峰强度无明显变化。年第期有色金属（冶炼部分）（：?）图不同烧结温度下支撑体的犡 犚 犇谱犉 犻 犵 犡 犚 犇狆 犪 狋 狋 犲 狉 狀 狊狅 犳 狋 犺 犲 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狊 犻 狀 狋 犲 狉 犻 狀 犵 狋 犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 狊 酸碱腐蚀率图为不同烧结温度下的酸碱腐蚀效果。从图可看出，随烧结温度的提升，支撑体酸、碱腐蚀率皆呈现逐步下降趋势。其原因为：温度提升期间，支撑体内部颗粒间熔融现象愈发显著，颗粒间孔隙缩小明显，内部质密化程度不断加深，样品接触酸?碱性溶液后，材料表面与液面的有效接触面积也随之不断缩减，因而造成酸碱腐蚀率呈稳步下降态势。此外，结合物相分析与 图可知，烧结温度越高，样品内部原本的小分子物质开始向性质更加稳定的大分子转化，生成更多的钠长石等熔融态物质，会将部分小分子物质包裹其中，降低其暴露程度，从而使得支撑体酸碱腐蚀率降低。当升温至 后，支撑体酸碱腐蚀率分别为 与 ，这是由其内部高度质密化造成的，此时支撑体表面釉化现象严重，透水性贯穿孔隙数量减少，内部开始板结，酸?碱性溶液难以通过孔隙浸入支撑体内部。孔径分布结合不同温度水平烧制下对比支撑体物化性能、宏观微观结构可知：较低温度烧制时，材料颗粒黏合性差，内部孔隙过多且表面蓬松粗糙，机械强度差不耐腐蚀；烧结温度过高又会致使样品内部颗粒熔融重凝程度过大，材料间透水孔隙减少明显，虽强度高但水通量过低，不利于应用。结合实际烧制及性能测试结果，条件下烧制得到的样品兼顾良好的机械强度与透水性，抗酸、碱腐蚀性能也较为稳定，综合性能最好。图为 烧制的样品的孔径分布图，其中值孔径为 ，平均孔径为 ，孔隙率为 。图不同烧结温度对支撑体酸碱腐蚀率的影响趋势犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊 狋 狉 犲 狀 犱狅 犳犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狊 犻 狀 狋 犲 狉 犻 狀 犵狋 犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲狅 狀犪 犮 犻 犱 犫 犪 狊 犲 犮 狅 狉 狉 狅 狊 犻 狅 狀狉 犪 狋 犲狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋图 下烧制的支撑体孔径分布图犉 犻 犵 犘 狅 狉 犲 狊 犻 狕 犲犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀狅 犳狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 犳 犻 狉 犲 犱犪 狋 造孔剂添加量对支撑体性能的影响选用木炭粉的添加量（质量分数）分别为、，探究其对支撑体的性能影响。抗折强度及纯水通量木炭粉添加量对支撑体抗折强度和纯水通量的影响见图。由图可知，添加量为 时，样品纯水通量数值稳步提升，添加量为 时上升速率更快。这是因为原料粉体中木炭粉的加入可在烧结中造出大量孔隙结构（颗粒的原位烧失从而造孔），从而提升样品透水性，时通量上升速率较缓慢应为木炭粉与原料粉体团聚影响了孔结构均匀性所致；加入量进一步提升后，所造孔结构相互连接贯通形成更大孔隙，通量的提升速率有色金属（冶炼部分）（：?）年第期因而更快。而抗折强度变化趋势则随添加量的增加均匀降低，是由于木炭粉的不断加入使得其创建的孔隙愈多，大量孔隙会弱化材料的连续性结构。在陶瓷中，连续的晶体结构通常提供了材料的强度，过多的孔隙破坏了这种连续性，导致材料强度降低。图木炭粉添加量对支撑体抗折强度及纯水通量的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳 犮 犺 犪 狉 犮 狅 犪 犾 狆 狅 狑 犱 犲 狉犪 犱 犱 犻 狋 犻 狅 狀犪 犿 狅 狌 狀 狋 狅 狀犳 犾 犲 狓 狌 狉 犪 犾 狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺犪 狀 犱狆 狌 狉 犲狑 犪 狋 犲 狉 犳 犾 狌 狓狅 犳 狋 犺 犲 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 微观形貌图为不同木炭粉添加量下样品微观形貌图。由图可知，不同放大倍数下都可观察到木炭粉的添加促进支撑体孔结构的形成，且随添加量增加，样品孔隙数量也随之增加，孔隙形状呈不规则形态。木炭粉造孔原理为高温生成气体逸散到空气中，在整体结构中的原本位置会被熔融态物质填充，剩余部分在烧结过程完成后形成形状各异的不规则孔隙存在于支撑体内部。木炭粉含量越高，在支撑体内部形成的孔隙就越多。低倍数下可见，木炭粉加入量增加，样品中孔隙更易黏连在一起，这是由木炭粉团聚烧失导致。此现象会促使样品内形成大空洞，使孔径分布更不均匀，宏观上对抗折强度有负影响。高倍下形貌可印证上述现象，原料中木炭粉含量越高，制得支撑体颗粒间黏性越差，制得的支撑体的机械强度愈低。物质组成图为不同木炭粉添加量条件下支撑体 谱。从图可看出，随木炭粉加入量的增加，莫来石与紫砂岩峰强度无明显变化，石英峰强度有所减小，同时钠长石峰强度略微升高。其原因为，高温下木炭粉中可与其他如、等元素形成化合物，这可能导致石英晶体中的部分 或 被捕获，减少了石英晶体的存在，从而导致石英峰强度降低。且原料粉体中加入木炭粉后，可进行氧化反应产生气体（或），此过程释放大量热量，益于烧制环境温度提升，且造孔产生的气体可促进样品颗粒移动与重排，促使部分石英颗粒重新分布，增加了与、等物质的接触频率，在到达一定高温后上述几种物质开始反应、转化，最终形成产物钠长石，但此反应所需温度条件较高，因而钠长石峰强度虽增长但幅度较低。酸碱腐蚀率图 为木炭粉在添加量分别为、条件下对陶瓷膜支撑体酸碱腐蚀率的影响趋势图。可明显观察到添加量由 升至 过程中，酸腐蚀率与碱腐蚀率皆有所提升，且酸腐蚀率的提升幅度明显高于碱腐蚀率，但在 区间内碱腐蚀率有缓幅下降现象，其原因可能是适量木炭粉添加促进支撑体中孔隙的均匀分布和优化，可改善材料耐碱性；但添加量超出 后，会产生过多孔隙，导致碱性物质更容易侵蚀样品。碱腐蚀率提升幅度小是因为支撑体本身富含各种碱金属氧化物与化合物，难以与碱性溶液发生反应而导致支撑体质量减少，且木炭粉在原料中占比的增加会使支撑体内部孔隙变大，内部颗粒比表面积增加，颗粒与溶液的接触面积增大，这对支撑体的耐碱腐蚀影响极小。分析支撑体于酸性溶液中的测试情况可知，颗粒与溶液接触面积越大，支撑体中碱性物质与酸反应愈多，导致酸腐蚀率呈递增趋势，且添加量进一步增大，其损失速率更快。年第期有色金属（冶炼部分）（：?）图不同木炭粉添加量下支撑体的犛 犈犕形貌犉 犻 犵 犛 犈犕犻 犿 犪 犵 犲 狊狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋狌 狀 犱 犲 狉犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 犮 犺 犪 狉 犮 狅 犪 犾狆 狅 狑 犱 犲 狉犪 犱 犱 犻 狋 犻 狅 狀犪 犿 狅 狌 狀 狋有色金属（冶炼部分）（：?）年第期图不同木炭粉添加量下支撑体的犡 犚 犇谱犉 犻 犵 犡 犚 犇狆 犪 狋 狋 犲 狉 狀 狊狅 犳 狋 犺 犲 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋狌 狀 犱 犲 狉犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 犮 犺 犪 狉 犮 狅 犪 犾 狆 狅 狑 犱 犲 狉犱 狅 狊 犪 犵 犲图 木炭粉添加量对支撑体酸碱腐蚀率的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳 犮 犺 犪 狉 犮 狅 犪 犾狆 狅 狑 犱 犲 狉犪 犱 犱 犻 狋 犻 狅 狀犪 犿 狅 狌 狀 狋狅 狀犪 犮 犻 犱 犫 犪 狊 犲 犮 狅 狉 狉 狅 狊 犻 狅 狀狉 犪 狋 犲狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 孔径分布木炭粉为多孔材料，加入可增加支撑体的孔隙度与比表面积，有助于提高材料的渗透性和吸附能力，使其更适用于膜分离和过滤等应用，同时木炭粉可在支撑体中形成互锁的多孔结构，提高了其机械强度和耐冲击性。对比各条件下样品性能与形貌，选择木炭粉添加量为 时最佳，此时样品孔径分布如图 所示：横轴表示孔径大小（），纵轴表示进汞量对数值，观察到在 内存在一个主要峰值，分布形状呈单峰分布，中值孔径为 ，平均孔径约为 。直径放大倍数对支撑体性能的影响支撑体的物理放大是其应用过程中的重要一步，放大过程会对其原有物化性质产生一定影响。研究设定直径放大倍数分别为倍、倍、倍，探究对样品性能的影响。图 添加 木炭粉的支撑体孔径分布图犉 犻 犵 犘 狅 狉 犲 狊 犻 狕 犲犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋狑 犻 狋 犺 犮 犺 犪 狉 犮 狅 犪 犾狆 狅 狑 犱 犲 狉犪 犱 犱 犻 狋 犻 狅 狀 抗折强度及纯水通量不同直径放大倍数下样品抗折强度及纯水通量测试结果如图 所示。直径尺寸由倍放大到倍过程中，样品纯水通量变化为正增长，抗折强度则呈递减趋势。尺寸的放大使其结构内部孔隙逐渐增多，且体积增大导致挤压时对支撑体生坯的压强减小，使得材料本身密度、硬度下降，这些原因直接导致透水性的激增与机械性能的骤减。此外，结合 图与 图可知，样品内部粒子黏结方式不牢固，尺寸越大，结构内部的小分子物质就越多，熔融态大分子物质在其中的占比越来越少，这也会导致其抗折强度下降。图 直径放大倍数对支撑体抗折强度及纯水通量的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳犱 犻 犪 犿 犲 狋 犲 狉犿 犪 犵 狀 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狋 犻 犿 犲 狊狅 狀犳 犾 犲 狓 狌 狉 犪 犾 狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺犪 狀 犱狆 狌 狉 犲狑 犪 狋 犲 狉 犳 犾 狌 狓狅 犳 狋 犺 犲 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 年第期有色金属（冶炼部分）（：?）微观形貌不同尺寸支撑体的 观察结果见图，直径放大倍数为倍即原始尺寸。由图 可知，放大倍数增加，内部颗粒熔融态物质愈少，粒子堆积态形态占比更多，内部孔隙大小不一，对于抗折强度会造成不利影响。结合 分析可知，图示样品界面粗糙度随放大倍数增长愈发加深，小分子粉体颗粒数增多，颈部连接数目都很少，内部烧结不完全，颗粒呈原始态堆积现象明显。物质组成不同直径放大倍数下支撑体的 见图。由图 可知物相类别构成依旧不变，莫来石、紫砂岩峰值强度基本稳定，石英峰强度随放大倍数增加明显升高，钠长石峰则有一个小幅度上升。对此现象进行分析，结果如下：由 图中晶相分布可知，紫砂岩与莫来石在支撑体中相对含量较低，且其性质较稳定，相变与晶体生长程度低，因而峰强度变化不太明显，不容易受到尺寸放大的影响。而石英、钠长石为主要构成物质，尺寸放大导致材料成分分布发生变化，更多的石英与钠长石晶体存在于支撑体中，从而增加了这些物质的 峰强度。同时，尺寸增大导致晶体尺寸相应增大，由布拉格定律 可知，晶体尺寸与射线衍射峰的位置和强度之间存在关联。因此，增大的晶体尺寸导致 峰升高，石英峰占比更多，提升幅度较大，钠长石峰占比略低，从而提升幅度略低。图 不同直径放大倍数下支撑体的犛 犈犕形貌犉 犻 犵 犛 犈犕犻 犿 犪 犵 犲 狊狅 犳 狋 犺 犲 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犱 犻 犪 犿 犲 狋 犲 狉犿 犪 犵 狀 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狋 犻 犿 犲 狊图 不同直径放大倍数下支撑体的犡 犚 犇谱犉 犻 犵 犡 犚 犇狆 犪 狋 狋 犲 狉 狀 狊狅 犳 狋 犺 犲 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犱 犻 犪 犿 犲 狋 犲 狉犿 犪 犵 狀 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狋 犻 犿 犲 狊 酸碱腐蚀率对三种尺寸下制得的支撑体进行酸碱腐蚀测试，结果如图 所示。酸碱腐蚀率曲线总体趋势为随着尺寸放大，其耐酸耐碱性能逐渐变差。这是因为，随着尺寸增大，样品内部孔隙也逐渐增大，颗粒与酸、碱溶液的接触面积也越广，导致其质量损失更多。其次，随着尺寸的放大，支撑体内部化学性质不稳定的小分子颗粒占比更多，接触浸入酸?碱溶液后，酸碱化学反应更加剧烈，这也是导致支撑体耐酸耐碱性变差的原因之一。孔径分布尺寸放大增加了整体孔隙结构，包括孔隙大小和分布。更大孔隙可提高材料渗透性，有助于更好有色金属（冶炼部分）（：?）年第期地适应实际工业应用，减少生产的时间和成本。综合试验探究最佳放大倍数为倍。图 为最佳样品孔径分布图。由图 可知，孔径分布峰形较窄，说明其孔径大小较为均匀，这与微观形貌图中观察到的现象一致。最佳样品的中值孔径为 ，平均孔径为 ，孔隙率为 。图 不同直径放大倍数下对支撑体酸碱腐蚀率的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犱 犻 犪 犿 犲 狋 犲 狉犿 犪 犵 狀 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狋 犻 犿 犲 狊狅 狀犪 犮 犻 犱 犫 犪 狊 犲 犮 狅 狉 狉 狅 狊 犻 狅 狀狉 犪 狋 犲狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋图 最佳支撑体样品的孔径分布图犉 犻 犵 犘 狅 狉 犲 狊 犻 狕 犲犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀狅 犳狅 狆 狋 犻 犿 狌 犿狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 狊 犪 犿 狆 犾 犲 结论）烧结温度提升促进颗粒间紧密连接，抗折强度随之提升，温度过高颗粒熔融程度高，孔隙数量降低，不利于纯水通量提升。综合分析以 为最佳温度，此时纯水通量为?（），抗折强度为 ，酸、碱质量损失率分别为 、。）造孔剂木炭粉添加量过高使得抗折强度过低，纯水通量难以满足应用要求。综合分析最佳添加量为 ，对应样品纯水通量为?（），抗折强度为 ，酸、碱质量损失率分别为 、。）物理放大后样品内部颗粒连接紧密程度低于一般尺寸样品，内部孔隙随放大倍数的增大而增多，其纯水通量也逐渐增大，抗折强度随着减小。最佳支撑体制备参数为：烧结温度 ，添加 木炭粉，放大到原尺寸的倍。此时，样品纯水通量为?（），抗折强度为 ，中值孔径为 ，平均孔径为 ，孔隙率为 ，酸、碱质量损失率分别为 、。参考文献黄晓帆，王雷，朱跃钊陶瓷膜水处理技术应用与膜污染缓解研究进展现代化工，（）：，（）：孔祥力，邹栋面向烟气脱硫过程的膜接触器应用研究进展膜科学与技术，（）：，（）：，（）：?程金仓，杨蕾陶瓷超滤和全膜法工艺在火电厂中的应用热力发电，（）：，（）：，（），：?魏逸彬，朱涛涛，姬文兰，等固体废弃物助烧的多孔 陶瓷 膜 支 撑 体 研 究 进 展?硅 酸 盐 学 报，：?，年第期有色金属（冶炼部分）（：?）?，：?，（）：黄宗贤，王强粉煤灰和偏高岭土的溶解动力学研究综述?硅 酸 盐 学 报，：?，?，：?，：，：赵世凯，宋涛，李洪达，等粉煤灰基陶瓷膜支撑体的制备及性 能 研 究 现 代 技 术 陶 瓷，（）：，（）：，?，：?张瑞君，范忠航，韩正双，等微絮凝?中空平板陶瓷膜工艺处理微污染地表水的效能 中国 给 水 排 水，（）：，（）：，：?曹钦丰，孟庆莹，季超，等多孔陶瓷外膜孔径对烟气水热回收性能的影响膜科学与技术，（）：，（）：爦，?，?，：?，：?，?，（）：?，（）：?有色金属（冶炼部分）（：?）年第期