先进膜材料与过程团队在中国化工学会会刊《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表最新研究成果

近日，淮阴师范学院先进膜材料与过程团队联合培养硕士研究生范兆如以第一作者在中国化工学会会刊《Chinese Journal of Chemical Engineering》（中国化学工程学报（英文版））上发表题为“Preparation and properties of a low-cost porous ceramic support from low-grade palygorskite clay and silicon-carbide with vanadium pentoxide additives”的论文，该研究得到了国家自然科学基金面上项目的支持。Chinese Journal of Chemical Engineering为中国化工学会会刊，由中国科协主管、中国化工学会和化学工业出版社有限公司共同主办、化学工业出版社有限公司出版的化工领域综合性英文学术期刊。

多孔陶瓷支撑体是陶瓷膜制备和应用的基础，为膜层提供足够的机械强度。一般情况下，多孔陶瓷支撑体是由骨料和添加剂混合均匀，经成型后高温烧结而成。但是制备支撑体的材质单一，不易烧结等问题导致其制备成本增加，因此国内外研究者开发一些新的、低成本、来源丰富的骨料制备易烧结、低成本、高性能的支撑体，并获得了巨大的成功。凹凸棒石黏土是以凹凸棒石为主要组分的一种黏土矿物( 凹土 )，凹凸棒石具有独特的一维纳米棒晶和水合结构。江苏盱眙凹凸棒石黏土储量占国内总量的74 %，世界总量的48 %，按照主要矿物组成，凹凸棒石黏土矿大致可以分为5类：( 1 ) 凹凸棒石黏土；( 2 ) 蒙脱石-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 ) 蒙脱石黏土。近年来，中科院盱眙凹土中心攻克了凹凸棒石棒晶束团聚问题，能够有效解决凹凸棒石大规模发展利用问题，这对于推动凹凸棒石黏土产业向规模化、高端化发展，具有重要意义。因此在诸多领域中凹凸棒石黏土均有大量的应用，如：吸附剂、催化剂、膜材料等方面，已经成为盱眙县的黄金资源。但是凹凸棒石黏土的开发受到其黏土矿品位的影响，矿石品位越高，处理越简单，获得的凹凸棒石纯度越高，其黏土附加值越高。在高含量凹凸棒石黏土得到有效开发利用的同时，低品位凹凸棒石黏土由于杂质矿物含量高、矿层变化大、分离和提纯工艺复杂，被大量弃用，严重制约了凹凸棒石黏土产业的发展。因此，如何合理、高效的利用低品位凹凸棒石黏土资源，开发黏土高附加值产品，已成为凹凸棒石黏土产业发展的迫切需要。

鉴于此，本文研究利用低品位凹凸棒石黏土采用干压成型法制备多孔支撑体，这不仅可以有效利用低品位凹凸棒石黏土资源，而且降低了多孔陶瓷的制备成本，能够获得高性能多孔陶瓷支撑体。以低品位凹凸棒石黏土-碳化硅为骨料，采用干压成型法制备低品位凹凸棒石支撑体，系统研究原料配比、成型压力、烧结温度和添加剂种类及用量等对多孔陶瓷支撑体的微观结构、晶相组成、气体渗透性能、机械强度、耐腐蚀性能的影响。 结果表明，凹凸棒石黏土中加入适量的碳化硅作为骨料，能够有效阻止支撑体在烧结过程中的过度收缩，支撑体的机械强度和孔隙率大幅增加。随着造孔剂添加量的增大，支撑体孔隙率增大，而机械强度降低；成型压力增加使得支撑体机械强度增大，但孔隙率减少。当凹凸棒石黏土/碳化硅为 1.7/1、造孔剂含量为6 %、五氧化二钒添加量为5%，干压压力为10 MPa及烧结温度700 ℃时支撑体性能最优，其平均机械强度为17.76±2.03 MPa，孔隙率44±0.3 %。因为五氧化二钒较低的熔点，使得支撑体在烧结过程中机械强度增加。这不仅为膜支撑体的开发提供了新思路，也充分利用了低品位凹凸棒石的丰富资源，为低品位凹凸棒石的开发利用提供新的方向，避免了资源浪费。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cjche.2020.08.018