高磁导率选择性陶瓷膜的制备技术研究
* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-10-19 1:08:21 * 浏览: 1
高渗透性选择性陶瓷膜制备技术研究渗透选择性主要取决于膜的孔径及其分布。微滤，超滤等陶瓷膜的制备技术已逐渐成熟。近年来，研究主要朝两个方向发展。具有大孔径的陶瓷膜材料用于高温气体除尘。另一方面，具有较小孔径的陶瓷膜材料被开发用于纳滤过程甚至气体分离。使用溶胶-凝胶技术的陶瓷纳米过滤膜的研究取得了更多的进展。 1溶胶凝胶技术溶胶凝胶技术主要通过调节材料尺寸来控制陶瓷分离层的分离精度。溶胶-凝胶法可以制备平均粒径为几百纳米至几纳米的溶胶，所得膜的孔径小，孔径分布窄，适用于超滤膜和纳滤膜的制备。高磁导率选择性。 DAS等。使用平均粒径为30-40nm的颗粒溶胶在孔径为0.1-0.7μM的载体上制备平均孔径为10nm的Al2O3超滤膜，可以去除100％的大肠杆菌。水。 MAnjuMOl等。采用颗粒溶胶法制备了平均孔径为5nm的TiO2超滤膜，平均粒径为11nm的BSA的排斥率高达98％。 VA-CASSy等。采用聚合物溶胶法制备ZrO2超滤膜，蔗糖（MW = 342g·MOl-1）的截留率为54％，维生素B12（MW = 1355g·MOl-1）的截留率为73％。范苏等。采用溶胶-凝胶法在平均孔径为200nm的多通道α-Al2O3载体上制备TiO2超滤膜。葡聚糖的截留分子量为9000DA，染料为“直接黑”（MW = 909g·MOl-1），退浆废水中聚乙烯醇的截留率（MW = 70000g·MOl-1）更高。超过99％。另外，控制超滤膜的焙烧温度可以有效地控制超滤膜的分离精度，使其适用于不同的分离和浓缩系统。鞠兴松采用颗粒溶胶法制备了ZrO2超滤膜。膜的烧结温度从1100℃降低到500℃，膜的最可能的孔径从50nm降低到20nm。分离精度随温度降低而提高。陶瓷纳米过滤膜具有较高的分离精度，可用于选择性分离寡糖，染料和多价离子。 TSuru等。通过聚合溶胶法制备了可控制平均孔径在0.7〜5nm的TiO2纳米滤膜。 PEG的截留分子量为500〜2000DA，截留分子量为800DA的纳滤膜对Mg2 +的截留率为88％。棉子糖（MW = 504g·MOl-1）的去除率为99％。 Benfer等。以正丙醇锆为前体，采用聚合物溶胶法制备ZrO2纳滤膜。 “直接红”染料（MW = 990.8g·MOl-1）的拒染率达到99.2％。 TSuru等。通过多层涂层制备了平均孔径为约1μM的α-Al2O3载体上平均孔径为1.2nm的TiO2膜层，截留分子量为600DA，nACl的截留率为60％。齐宏等。通过聚合溶胶途径制备了平均粒径为1.2nm的TiO2溶胶。制备的TiO2纳米滤膜的PEG截留分子量为890DA，0.025MOl·l-1的CA2 +和Mg2 +溶液的离子截留率分别达到96.5％和98％（Ph = 4.0、5×105PA） ）。 TSuru等。用粒子溶胶途径制备了一系列具有不同粒径分布的SiO2-ZrO2复合溶胶，并制备了平均孔径为9、1.6和1.0 nm的SiO2-ZrO2复合膜。溶胶的粒径越小，平均孔径越大。 AuST等。通过聚合溶胶法制备TiO2-ZrO2复合纳滤膜，并制备不同分离度的纳滤膜通过调整钛锆前体的比例来提高精度。染料“直接红”的排斥率大于95％，与纯TiO2和ZrO2纳滤膜相比，具有较高的相变温度和热稳定性。 2改性技术溶胶-凝胶法制备小孔超滤膜已商业化。为了进一步提高膜的渗透性和分离性能，研究人员还研究了改性技术，以减小陶瓷膜的孔径并改善孔径分布。陶瓷膜的改性可以通过化学气相沉积，超临界流体沉积技术，原子层沉积技术和表面接枝技术来实现。这些调节孔的方法不仅可以修复可能的大孔缺陷并改善膜的稳定性，而且可以进一步减小膜的孔径并提高膜的分离精度。 1化学气相沉积法可改变陶瓷膜的孔径。利用化学气相沉积（CVD）在多孔基材表面沉积氧化硅或金属氧化物是提高陶瓷膜的孔结构和渗透性的一种非常有效的方法。使用循环CVD方法在573K的温度下将AlBrOPOulOS等成功地将SiO2膜的平均孔径从最初的1nm减小到0.56nm。 Lin等。用CVD法对平均孔径为4nm的γ-Al2O3陶瓷膜进行改性，制备出厚度约为1.5μM，孔径为0.4-0.6nm的SiO2膜。 Fer-nAnDeS等。通过CVD在多孔二氧化硅玻璃上沉积硅烷化四氯化硅溶液，并且改性多孔玻璃的孔径从初始的4.4nm减小至2nm。 CVD方法通常需要在高温和真空环境中进行，并且要求前体具有一定的挥发性。它仍然处于许多实验室的基础研究阶段。 2超临界流体沉积技术可改变陶瓷膜的孔径超临界流体沉积（SuPerCriTiCAlfluiDDePOSiTiOn，SCfD）技术使用超临界流体作为溶剂（例如SC-CO2）来携带陶瓷前驱物并沉积在多孔陶瓷的孔中，这就是修改陶瓷膜的路线。通过降低压力，降低了陶瓷前体在超临界流体中的溶解度并沉积在孔中，从而减小了陶瓷基体的孔径。 TATSuDA等。以四异丙基氧化钛（TTiP）为前驱体，改性了介孔二氧化硅材料中的TiO2颗粒。结果表明，当SC-CO2用作溶剂时，TTiP可以渗透到平均孔径为3-7nm的介孔氧化物中。在硅材料中，孔减少了。 BrAS-Seur等。提出使用超临界异丙醇作为溶剂在氧化铝基体上沉积烷氧基钛前体，并将氧化铝基体的孔径从110nm减小至5nm。 Wang等。基于孔径变化动力学方程，超临界溶液的相平衡模型和经典成核理论，建立了一套描述超临界流体渗透过程的数学模型，并通过实验缩小了α-Al2O3的孔径分布范围。并将平均孔径从110nm减小到80nm。 3其他改变孔径的新技术原子层沉积（AlD）是一种可以以单原子膜的形式逐层沉积物质到基底表面的方法。 Li等。通过原子层将氧化铝层沉积在平均孔径为50nm的基板上，并通过控制原子层沉积数来控制膜的平均孔径。经过600次沉积后，BSA的拒绝率从9％增加到97.1％。目前，表面接枝技术主要用于调节膜材料的表面性能。对于孔径较小的膜，接枝过程也会改变膜的孔结构，从而达到减小孔径的目的。陶瓷膜的表面通常吸收水以形成羟基，并且有机分子层可以在表面上被修饰接枝有机硅烷的介孔膜表面。调节孔径的目的是通过调节接枝分子的链长和官能团来实现的，以获得特殊的表面性能以满足各种需求。 SAh等。发现接枝三甲基氯硅烷可以将多孔基材的孔径从3nm减小到2nm。 fAiBiSh等。通过两步反应将PVP接枝到白银陶瓷超滤膜上，修饰后的膜孔径减小了25％至28％，从而提高了膜的保留性能。因此，为了制备高渗透性的选择性陶瓷膜，必须努力通过改性技术来减小膜层的粒径并进一步减小孔径，并试图获得孔径分布较窄的陶瓷膜以实现。分离精度更高。陶瓷滤芯陶瓷膜陶瓷膜过滤器
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