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无机陶瓷膜制备方法谈

作者:admin  来源:本站  发表时间:2014/6/4 17:26:44  点击:1483

   无机陶瓷膜在近几年得到了迅速的发展,这一方面是由于无机陶瓷膜具有许多有机膜无法比拟的性能,如耐高温、结构稳定、孔径分布均匀、化学稳定性好、不易被微生物侵蚀、机械强度高、易再生等,另一方面新的无机陶瓷膜制备工艺的发展也使得孔径均匀的高性能无机膜制备成为可能。因此,无机陶瓷膜具有了更广泛的应用领域,特别是在有适应酸碱性变化幅度大、高温和高选择性要求的工业废水、废气治理方面具有重大的应用价值。
1 无机陶瓷膜的制备
    无机膜的制备是无机膜科学的基础,目前已成为研究的热点。 无机陶瓷膜的制备方法主要有以下几种:
1.1 固态粒子烧结法
    固态粒子烧结法是制备基膜的一种常用方法。基膜的制备是无机膜研究的基础,一方面由于强度问题,无基体的无机膜没有任何实用价值,另一方面只有有了较好的支撑体,溶胶2凝胶法、化学气相沉积法才有可能用于膜的制备。该法源于传统的陶瓷生产工艺,其过程为,将固体颗粒研磨成细粉粒,与粘接剂混合均匀成坯,低温干燥,高温烧结即可。 原始粒子大小、升温速度、粘接剂及烧结终温等对孔径和膜结构有一定的影响。 中科院大连化物所、南京化工大学、中国科学技术大学、华南理工大学采用该法制备出了亚微米级的基膜。
1.2 溶胶-凝胶法
    溶胶2凝胶法是目前制备无机陶瓷膜最重要的一种方法。通常是以金属醇盐为原料,经有机溶剂溶解后在水中通过强烈快速搅拌进行水解,水解混合物经脱醇后,在90-100℃以适量的酸(pH<1.1),使溶胶沉淀进行胶溶,形成稳定的胶态悬浮液,溶胶经低温干燥后形成凝胶,控制一定的温度与湿度继续干燥成膜。 凝胶膜再经高温焙烧后制成具有陶瓷特性的氧化物膜。 用此法制备的无机陶瓷膜孔径可达1到100nm,适用于气体分离和超滤。另外,很容易通过在溶胶中引入第二种组分制出多种组分的复合膜,如Al2O3-TiO2等。 还可以用二次浸渍、涂敷等方式对孔径进行改性。 所以该法被称为制备无机膜的一种最有效的方法。
    Leeneers AFM和Larbot A对溶胶2凝胶过程中诸因素(pH、涂膜时间、酸量,对膜的微观形态,如膜厚、孔径、孔隙率、 孔径分布等)的影响有详细的论述。Hackley Vincent等制备了孔径小于1.7nm的氧化铁膜,Etienne J等,用草酸氧锆制成了孔径约4nm的氧化锆膜。
1.3 化学沉积法
    一般采用溅射、气相沉积等得到致密的膜。但如果控制一定的过程参数和条件,这些薄膜技术也能用于制备多孔陶瓷膜,已有Si3N4等多孔膜采用该方法制备成功。
1.4 阳极氧化法
    采用高纯金属箔,在酸性电解质溶液中进行阳极氧化,箔的一面形成多孔性的氧化膜,另一面的金属用酸溶掉后得到具有近似直孔的多孔膜。 经过适当的热处理成为稳定的、孔径分布均匀的氧化物膜。这种方法适用于制备小面积的平板膜,主要用于实验室。
1.5 辐射-腐蚀法
    当某种放射线穿过一个致密薄层时,在其通过轨迹上的物质被激活,很容易优先地被某些腐蚀剂溶出,形成圆形孔洞。这种方法不仅用于有机高聚膜的制备中,而且也在云母等材料上应用。 孔径和孔密度可以通过调节腐蚀时间和辐射时间来精确控制。 采用这种方法制备的膜,由于孔形圆而直,特别适用于膜过程的基本模型研究。


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