摘要: 以正硅酸乙酯( TEOS) 和氧氯化鋯( ZrOCl2·8H2O) 為先驅(qū)體，乙醇為溶劑，采用溶膠－ 凝膠法在Al2O3基體上制備了SiO2 /ZrO2無機(jī)復(fù)合膜。重點(diǎn)考察了鋯含量、浸沒時(shí)間、涂膜方式對(duì)膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 隨著鋯含量的增大，滲透比達(dá)到最大值時(shí)的涂膜次數(shù)減少，采用高低鋯濃度結(jié)合涂膜以及適當(dāng)?shù)慕]時(shí)間可以提高膜的綜合性能。

關(guān)鍵詞: 無機(jī)膜; 滲透比; 鋯含量; 浸沒時(shí)間

前言

膜分離技術(shù)是20 世紀(jì)成功開發(fā)的新型高效、節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)，它是介質(zhì)分離技術(shù)與材料科學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，具有操作方便、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)［1］。最早的膜分離組件都是有機(jī)膜類，原因是有機(jī)膜便于生產(chǎn)加工［2］。但有機(jī)膜存在致命的弱點(diǎn)，如機(jī)械強(qiáng)度不夠、不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿和某些有機(jī)溶劑等。無機(jī)膜則克服了有機(jī)膜的這些弱點(diǎn)，因此可被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)保、食品等工業(yè)領(lǐng)域［3］。在制備無機(jī)膜的方法中，溶膠－ 凝膠法( sol － gel) 是最常用的方法之一［4］。本實(shí)驗(yàn)采用溶膠－ 凝膠法制備SiO2 － ZrO2無機(jī)復(fù)合膜，在制膜的過程中，影響膜性能的因素很多，本研究主要探究了鋯含量、浸沒時(shí)間和涂膜方式對(duì)膜性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1． 1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

儀器: PHS － 3B 精密pH 計(jì)( 上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠) ，SXL － 1208 型程控箱式電爐( 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司) ，KQ 5200E 型超聲波清洗器( 昆山市超生儀器有限公司) ， 79 － 1 型磁力加熱攪拌器( 山東鄄城華魯電熱儀器有限公司) ，DHG － 9146A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱( 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司) ， JA 5003N 電子天平( 上海精密科學(xué)儀器有限公司) ，壓差計(jì)。藥品: 正硅酸乙酯( TEOS，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司) ，氧氯化鋯( ZrOCl2·8H2O，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司) ，無水乙醇( EtOH，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司) ，四乙基溴化銨( TEAB，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司) ，濃鹽酸( HCl，沈陽市新東試劑廠) ，去離子水，以上試劑皆為分析純。

1． 2 實(shí)驗(yàn)步驟

( 1) 配制復(fù)合溶膠: 取適量的氧氯化鋯溶解于去離子水和無水乙醇中，再緩慢加入一定量的正硅酸乙酯、適量的四乙基溴化銨，室溫下攪拌30 min，使溶膠混合均勻，等待涂膜。

( 2) 基膜預(yù)處理: 先配制體積比為1∶ 1 的無水乙醇和濃鹽酸的混合液，將Al2O3

基膜完全浸入其中，放入超聲波中清洗30 min，再用去離子水在超聲波中清洗3 ～ 4 次，每次清洗20 min。

( 3) 浸涂: 先將氧化鋁基膜完全浸沒于溶膠中，使溶膠與基膜表面充分接觸，然后以一定的速度將基膜垂直提拉出來，使溶膠均勻涂覆在基膜的外表面，形成濕溶膠膜。

( 4) 干燥和焙燒: 將濕凝膠膜于60℃下恒溫2 h，在乙醇氛圍中進(jìn)行干燥，然后放在加熱爐中焙燒，以1℃ /min 的速率加熱至300℃，恒溫2 h 后，以2℃ /min 的速率繼續(xù)加熱至600℃，恒溫1 h，自然冷卻至室溫。

( 5) 性能表征: 利用自制滲透裝置( 如圖1 所示) ，分別將N2和H2從膜管外一側(cè)通入，從膜管內(nèi)一測(cè)引出，將膜兩側(cè)的壓差保持在10 mm Hg( 1 333． 32 Pa) ，排水法收集滲透氣，記錄完全充滿集氣瓶所用的時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用膜管的外表面積、壓差和集氣所用時(shí)間等因素計(jì)算無機(jī)復(fù)合膜的滲透通量和滲透比，由于密閉性不好，難免會(huì)有誤差，本實(shí)驗(yàn)主要是分析各因素影響滲透比的趨勢(shì)并做討論。計(jì)算公式為Q = Jn1Jn2 = t2