氧化铝和二氧化钛陶瓷超滤膜的制备

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陶瓷超滤膜因其优异的特性,广泛应用于水处理、生物、医药、化学化工等行业。因而陶瓷超滤膜的研发制备,并使其商业化、产业化,可以带来巨大的经济效益、社会效益和环境效益。溶胶凝胶法制备氧化铝陶瓷超滤膜具有膜孔径小、分布均匀,膜厚度可控,操作简单等优点,但对铝溶胶颗粒晶型结构和形貌的控制较差;而采用水热法通过改变实验条件可以对铝溶胶的晶型结构和形貌结构进行有效控制。镧、铈掺杂可抑制纳米TiO2晶粒增长和相转变,可提高其热稳定性。因而本文主要研究了:(1)以氯化铝为原料采用溶胶凝胶法和溶胶凝胶法结合水热法制备氧化铝超滤膜;(2)以硫酸氧钛为原料,采用固态粒子烧结法制备镧、铈掺杂改性的二氧化钛超滤膜。  在溶胶凝胶法制备氧化铝溶胶时,采用正交实验法和单因素法分析对溶胶晶型结构和粒径大小的影响因素。结果表明,通过控制反应温度、反应物浓度、加氨水后老化时间、沉淀时pH值等因素可制得粒径大小不同、晶型结构各异的铝溶胶。  以溶胶凝胶法制备氧化铝超滤膜时,考察了溶胶粒径、晶型结构、烧结温度等因素对膜性能的影响。结果表明,要制得多孔结构的氧化铝超滤膜,其溶胶粒子的晶型结构应以勃姆石结构为主;溶胶粒径越大制得膜孔径越大、孔径分布越宽、膜通量越大、截留率越小;随着烧结温度升高,膜层粒子增大,粒子形貌结构由圆形变为长条状,膜孔径增大、孔数变多,膜通量增大,截留率降低。  采用水热法结合溶胶凝胶法制备氧化铝超滤膜时,考察了分散剂型号、烧结温度、PVA的加入和涂膜液浓度等因素对膜性能的影响。结果表明,采用PEG400时,制得超滤膜孔径小、分布均匀;随着烧结温度的升高,膜层粒子大小和形貌结构变化不大,但膜孔径增大、孔数量增多,从而使通量增大、截留率降低;PVA的加入可以有效阻止膜层开裂;改变涂膜液浓度可有效控制膜层厚度。  分析对比两种方法制得的氧化铝超滤膜,结果表明,溶胶凝胶法制得膜层结合不紧密、膜层较薄、耐酸碱性能差、无法制得性能稳定的α-Al2O3超滤膜;而水热法结合溶胶凝胶法可制得性能稳定的α-Al2O3超滤膜,而且制得膜层较厚、与支撑体结合紧密、耐酸碱性能较好、通量较大。  采用固态粒子烧结法可成功制得二氧化钛超滤膜。纯二氧化钛超滤膜膜层粒子较大、膜孔径较大,且耐酸碱性能较差。镧、铈掺杂可有效改善TiO2超滤膜膜层粒子大小和形貌;掺杂后制得的TiO2超滤膜孔径更小,截留效果更好,耐酸碱性能更好。
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