编号：TCHY00001

篇名：SiO2、TiO2和ZrO2基选择层陶瓷膜

关键词： 陶瓷，SiO2,TiO2

原文： 陶瓷膜作为一种无机膜因其性能比聚合物膜优越得多，故日益受到人们的青睐，陶瓷膜的选择层主要经溶胶－凝胶法成形：在浅平或管状支座表面施涂一层初始混合物，并经干燥和煅烧。初始混合物的主要成分是高分散金属氧化物（其中，为了制取超滤选择层，使用金属氧化物溶胶）。最常用的有氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛等。陶瓷膜的主要特征，如渗透性、选择性等取决于一系列因素，其中最重要的因素是混合物的组成，高分散氧化物粒子的尺寸、干燥和煅烧制度。 　　作高分散初始金属氧化物的是SiO2、TiO2和ZrO2水溶胶。约含32wt%氧化物的SiO2溶胶由平均尺寸为15mm的粒子构成。制备ZrO2溶胶时，先将氯化氧锆水解，而后在硝酸的参与下胶溶并超滤浓缩至25wt%左右。这种溶胶含有平均尺寸为42nm的伦琴非晶形粒子。用同样方法制备TiO2溶胶，使用四乙氧钛作初始物质。 　 　为了制得这些溶胶基选择层，须制备混合物，其组成中除上述一种溶胶外，还应有水溶聚合物（聚乙烯醇或羟基丙酸纤维素）和甘油（作塑化剂）。选择层可以无衬体，也可以有衬体。使用管状微滤膜作衬体，管的内外径分别为5mm和9.5mm，气孔的平均直径为0.1ｕm左右。支座（气孔率41%）和微滤膜选择层以Al2O3为基制成。先在衬体内面施涂选择层，再于室温下干燥２４小时，而后煅烧，升温速度不应超过60℃/h。 　　用气孔率水银测定法测定选择层的气孔尺寸和气孔率。对于有衬体的陶瓷膜，还应测定对蒸馏水的渗透性和于水平过滤条件下对聚合物溶液（摩尔重量为10000～100000/kmol的聚乙烯吡咯烷酮）和SiO2溶液的选择性。 　　在ZrO2的变量条件下，使用含5%聚乙烯醇和1%甘油的混合物制取ZrO2溶胶基无衬体膜，最终煅烧温度为700℃，保温2h。　　以TiO2溶胶为基制取的无衬体膜具有相似的特性。该混合物除含溶胶外，还有３％羟基丙酸纤维素和１％甘油。最终煅烧温度为550℃。TiO2基陶瓷膜在气孔半径分布较窄的情况下具有较高的气孔率和表面比率。须指出的是，这一结果是在使用32nm粒子溶胶的条件下获得的。当采用20nm粒子的溶胶时，也得到了类似结果，但是陶瓷膜的平均气孔尺寸却与所用溶胶的粒子尺寸成比例地减小。 　　SiO2溶胶基无衬体陶瓷膜用初始混合物含有25% SiO2、2%聚乙烯醇和1%甘油。该陶瓷膜须在600下热处理3h。 　　目前，已批量生产１、２、３层SiO2、TiO2和ZrO2基超滤和纳米过滤陶瓷膜。这些陶瓷膜具有很高的渗透性和选择性。例如，在浓缩SiO2溶胶（粒子尺寸15nm）的情况下，ZrO2基超滤膜的选择性为98.8～99.0　且渗透性极佳。即使在过滤聚乙烯吡咯烷酮溶洲时也达到了很高的选择性值，甚至还能滞留住摩尔重量为111kg/kmol的单体。这些陶瓷膜过滤蒸馏水的效率为2.10-10～3.10-10m3/(m2·s·Pa)。