甲醛、甲苯在无机胶凝复合涂层中的吸附扩散行为研究

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本文分别以白水泥、石膏为无机胶凝剂，重钙、灰钙、滑石为填料，掺入适量胶粉、纤维素等有机粉料，制备了不同厚度（1mm、2mm、3mm、5mm）的水泥基涂层和石膏基涂层。使用静态双仓法研究了甲醛、甲苯在无机胶凝复合涂层中的扩散深度与吸附、扩散行为，分析了其吸附扩散规律。利用X射线衍射、扫描电镜、压汞仪、气体吸附仪、红外光谱仪等对涂层样品进行了物相、微观结构、孔径分布、表面基团的表征。结合材料性质、结构和涂层的吸附扩散结果对吸附、扩散机理进行了探讨。
　　本研究主要内容包括：⑴无机胶凝复合涂层对甲醛具有吸附性，吸附量和时间、涂层厚度、胶凝材料类型直接相关，表现为：吸附量随时间呈现指数增长规律；水泥基涂层的吸附量随涂层厚度呈指数增长趋势，石膏基涂层的吸附量随涂层厚度呈线性增长趋势；同一厚度下，水泥基涂层的吸附量是石膏基涂层的2-3倍。同时，甲醛在涂层中具有扩散性，其扩散浓度和时间、涂层厚度、胶凝材料类型相关，表现为：甲醛扩散浓度随时间呈指数增长关系，随涂层厚度呈线性减小关系；对于不同类型的涂层，甲醛在石膏基涂层中的扩散浓度要高于水泥基涂层的；扩散深度表现为在水泥基涂层中为3 mm，在石膏基涂层中可达5mm。⑵无机胶凝复合涂层对甲苯的吸附能力较差，吸附量也和时间、涂层厚度、胶凝材料类型有关，表现为：吸附量随时间呈指数增长趋势，随涂层厚度呈线性减小趋势；同一厚度下，水泥基涂层的吸附量是石膏基涂层吸附量的1-2倍。同时，甲苯在涂层中具有扩散性，扩散浓度和时间、涂层厚度、胶凝材料类型相关，表现为：甲苯扩散浓度随时间呈指数增长关系，随涂层厚度呈线性减小关系；对于同一厚度不同类型的涂层，甲苯在石膏基涂层中的扩散浓度约为在水泥基涂层中的2倍。⑶分析对比甲醛、甲苯在同一厚度涂层中的吸附扩散结果发现：涂层对两种气体的吸附量基本相当，但甲苯在两种涂层中的扩散量均高于甲醛在两种涂层中的扩散量，主要原因是甲苯是非水溶性非极性气体，在涂层中的吸附差，导致两仓浓度差较大，只能通过扩散达到两仓的平衡。XRD结果显示涂层中胶凝材料水化完全，产生了胶凝作用；SEM显示涂层具有多孔性；氮吸附显示两种涂层均属于第II类吸附等温线，是单分子层吸附向多分子吸附的过渡。红外光谱结果表明：水泥基涂层表面含有大量的活性基团，吸附甲醛后吸收峰明显减弱，应该是发生了物理吸附的结果；但石膏基涂层吸附甲醛后吸收峰没有明显变化，并不能反映对气体的吸附，可能是吸附量小导致未检测出来的结果。分析了涂层对甲醛的吸附机理，认为主要是矿物的表面吸附，包括单分子层的化学吸附向多分子层物理吸附过渡，此外孔隙的毛细凝聚、水分子的吸收也是产生吸附的原因。水泥基涂层吸附量大主要和其孔隙多为半封闭孔有关。涂层对甲醛的吸附量大是因为甲醛是水溶性极性气体，容易在矿物表面产生吸附，且可溶解与水分子中；而甲苯是非极性气体，不易产生吸附，故涂层对其吸附量较小。⑷气体在涂层中的扩散主要和材料的孔隙结构有关，从微观结构和孔径去分析了气体在涂层中的扩散机理。光学显微镜显示涂层内部具有多孔性。压汞测试结果显示水泥基涂层总孔隙率为36.5%，孔径范围主要为3.6nm~1μm，孔基体为中孔，主要扩散机制为过渡扩散；石膏基涂层总孔隙率为51.6%，主要孔径为1~100μm，孔基体为大孔，扩散机制为菲克扩散和过渡扩散各占一半。两种涂层孔隙结构不一样，导致扩散机制不同，因而扩散量也明显不同。

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作者
朱敏;
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作者单位

江西理工大学;

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授予单位江西理工大学;
学科材料工程
授予学位硕士
导师姓名冀志江;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类无机吸附剂;基础理论;
关键词
无机吸附剂; 孔隙结构; 甲醛吸附; 吸附动力学;

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