中國粉體網(wǎng)訊 陶瓷過濾膜是一種主要由Al2O3，ZrO2,，TiO2和SiO2等無機(jī)材料制備而成的多孔膜,，具有分離效率高、耐酸堿,、耐有機(jī)溶劑,、抗微生物、耐高溫,、機(jī)械強(qiáng)度高,、再生性能好、分離過程簡單,、操作維護(hù)簡便,、使用壽命長等眾多優(yōu)勢(shì)。在環(huán)保,、污水處理,、氣體凈化、食品加工,、膜催化,、生物醫(yī)藥、氣體分離,、膜生物反應(yīng)器,、資源回收再利用,、精細(xì)化工等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用�,？捎糜诠に囘^程中的分離,、澄清、純化,、濃縮,、除菌、除鹽等,。
陶瓷過濾膜的制備方法
溶膠凝膠法
溶膠凝膠法最開始被Leenaars等人用來開發(fā)陶瓷超濾膜,。溶膠凝膠法是制備陶瓷過濾膜最重要的工藝之一，其優(yōu)勢(shì)在于膜的孔徑可以隨意控制,，特別對(duì)于小孔而言,，主要有兩種路線來制備溶膠凝膠膜：
（1）膠體路線，金屬鹽與水混合形成溶膠,，涂覆在膜支撐體上,，從而形成膠態(tài)凝膠。
（2）聚合物路線,，有機(jī)金屬前驅(qū)體與有機(jī)溶劑混合形成溶膠,，然后涂覆在膜支撐體上，從而形成聚合物凝膠,。
溶膠是致密氧化物顆粒的膠體溶液,，如Al2O3，SiO2,，TiO2,，或ZrO2。Leenaars等人從勃姆石溶膠研制出孔徑為4-10nm的γ-Al2O3膜,。由于這些膜的孔徑處于超濾范圍,，因此它們被用于膠體顆粒和大分子量溶質(zhì)的分離，或者被用作膜支撐體來研制孔徑更小的膜,。
對(duì)基于分子篩效應(yīng)的氣體分離,，必須采用孔徑小于1nm的陶瓷過濾膜。在這種情況下,，可以將上述溶膠制得的γ-Al2O3膜作為支撐體,，通過聚合物溶膠路線在該支撐體上制備出分子篩膜。應(yīng)該注意的是在聚合物溶膠路線中,，所制得的膜的孔徑是由無機(jī)聚合物的支化程度所決定的,，如下圖，可以看出,，低支化程度會(huì)導(dǎo)致更小的孔隙,。人們利用相應(yīng)的硅醇鹽的酸性水解制備出了含有低支化團(tuán)簇的SiO2聚合物溶膠，這些溶膠凝膠膜在氣體分離方面表現(xiàn)出高選擇透過性,。
聚合物溶膠的支化對(duì)孔隙率的影響
因?yàn)槿苣z的顆粒尺寸非常小,，并且是通過它們相應(yīng)的醇鹽的水解與凝結(jié)作用而制得的，所以醇鹽中金屬的局部電荷會(huì)影響到醇鹽的水解行為,。過濾金屬如Ti或Zr在它們的醇鹽中所攜帶的局部電荷要高于正硅酸乙酯中Si所帶電荷,。過濾金屬醇鹽的水解速率比硅醇鹽的水解速率快得多。另外,，醇鹽中R配體的特性,、初始醇鹽的齊聚反應(yīng)程度、水解過程金屬配位擴(kuò)展的可能性以及pH值都會(huì)對(duì)水解行為產(chǎn)生影響,。溶膠在干燥過程中發(fā)生了凝膠化,。經(jīng)過熱處理之后，制得了陶瓷過濾膜,。
浸漬涂膜法
浸漬涂膜工藝最關(guān)鍵的因素是顆粒懸浮液的粘度和涂膜速度或時(shí)間,。當(dāng)基體接觸到相對(duì)濕度低于100%的大氣時(shí)，干燥過程與浸漬涂膜則同時(shí)進(jìn)行,。在一個(gè)多步驟的過程中,，現(xiàn)將浸漬涂膜好的第一層進(jìn)行煅燒，然后又重復(fù)浸漬,、干燥,、煅燒的完整周期過程。例如,，如果要獲得平均孔徑為100nm的氧化鋁膜層,，則可以通過平均粒徑為500nm的亞微米氧化鋁粉體的懸浮液制得。
化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法是在一定的溫度條件下通過被氣體介質(zhì)包圍的組分之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)材料表面沉積一層相同或不同的化合物來修飾膜表面性能的工藝,。下圖顯示了一個(gè)CVD系統(tǒng),，它包括了一個(gè)計(jì)量反應(yīng)氣體和運(yùn)載氣體混合物的系統(tǒng)、一個(gè)加熱反應(yīng)室以及一個(gè)廢氣處理系統(tǒng),。氣體混合物（一般由氫氣,、氮?dú)饣蝠逇猓约胺磻?yīng)氣體如金屬鹵化物和碳?xì)浠衔铮┍凰瓦M(jìn)一個(gè)加熱到目標(biāo)溫度的反應(yīng)室中,。
陶瓷過濾膜的未來發(fā)展
未來陶瓷過濾膜領(lǐng)域的發(fā)展將集中在以下幾個(gè)方面：
（1）進(jìn)一步提高陶瓷過濾膜材料的分離精度及其分離穩(wěn)定性,，使其在液體分離領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)納濾級(jí)別的連續(xù)高效運(yùn)行，在氣體分離領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多組分氣體的高效分離,；
（2）研制具有大孔徑及高孔隙率的耐高溫陶瓷分離膜材料,，使其在資源的高效利用及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高溫氣固分離過程的長期穩(wěn)定運(yùn)行；
（3）實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)陶瓷過濾膜,，結(jié)合構(gòu)建針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的膜材料的設(shè)計(jì)和制備方法,，從而為陶瓷過濾膜在應(yīng)用過程中面臨的瓶頸問題提供解決之道,；
（4）研發(fā)制備能夠耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿耐腐蝕的膜材料，提高陶瓷過濾膜的分離穩(wěn)定性,，拓展陶瓷過濾膜在工業(yè)中的使用范圍,。
要發(fā)揮陶瓷過濾膜的優(yōu)勢(shì)，使其能夠?yàn)樯鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn),，就必須解決：（1）大通量陶瓷過濾膜支撐體的強(qiáng)度以及耐酸堿性問題,；（2）陶瓷過濾膜阻力過大，很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)高通量與高選擇性等問題,。
