功能納米涂層修飾氧化鋁陶瓷膜的制備及其性能的研究.pdf

1、隨著工業(yè)的不斷發(fā)展以及水資源短缺問題日益嚴重，如何更好地處理廢水成為亟待解決的問題，而膜分離技術在這方面起到了重要作用。無機陶瓷膜具有耐化學侵蝕、耐高溫、機械強度好、抗微生物能力強、易清洗、使用壽命長等優(yōu)點，使其在處理一些特殊廢水中非常有效。但是，在利用相轉(zhuǎn)變法和高溫燒結技術制備氧化鋁陶瓷膜的過程中，由于膜中有機聚合物的分解，膜的表面會出現(xiàn)空隙和孔洞，嚴重影響膜的分離性能。因此，本文利用水熱法對氧化鋁膜進行了表面改性，在膜的表面構筑了不

2、同的微納米結構，以改善膜的表面形貌，并且賦予膜雙重功能。
　　本論文采用水熱法在氧化鋁膜表面制備了具有不同微納米結構的勃姆石和TiO2涂層，通過SEM、XRD、FTIR對改性前后的氧化鋁膜進行了一系列表征，研究了水熱反應時間及溫度、反應物組成等因素對涂層形態(tài)的影響。此外，通過化學氣相沉積法（CVD），采用全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）對勃姆石和TiO2涂層膜進行了進一步的疏水改性，利用全自動視頻微觀接觸角測量儀研究了其疏水性及親

3、油性，并且研究了兩種改性膜在剛果紅染料吸附中的應用。得出了以下主要結論：
　?。?）利用水熱法，以偏鋁酸鈉和尿素的混合液為原料，在氧化鋁膜的表面成功制備出片狀和花狀結構的勃姆石，當反應溫度為160℃，反應時間為24 h時，勃姆石基本覆蓋了整個膜表面，填補了膜表面的空隙和孔洞。實驗發(fā)現(xiàn)：水熱反應時間的延長，溫度的升高以及用 H2O2/H2SO4預處理氧化鋁膜均有利于勃姆石在氧化鋁膜表面的生長。
　?。?）當以TiCl3溶液為前

4、驅(qū)液，尿素為輔助原料時，采用水熱法可在氧化鋁膜表面成功制備出TiO2納米涂層，且TiO2晶體為金紅石結構。通過調(diào)節(jié)尿素/Ti3+摩爾比、TiCl3濃度、反應溫度和反應時間等可以調(diào)控膜表面TiO2晶體的數(shù)量和尺寸。此外，不同的TiCl3濃度可生成不同形態(tài)結構的TiO2晶體，當TiCl3濃度不超過0.2 mol/L時，膜表面生長的TiO2晶體為顆粒狀，而當TiCl3濃度為0.4 mol/L時，膜表面生長的TiO2晶體為針狀結構。
　　

5、（3）經(jīng)過納米涂層改性后，氧化鋁膜的孔隙率和純水通量都發(fā)生了變化。改性前氧化鋁膜的平均孔隙率為54.4％，在0.033 MPa的工作壓力下，其最大純水通量為2600 L/(m2h)；而經(jīng)過勃姆石涂層改性后，膜的平均孔隙率可降至47.0%，最大純水通量可降至1704 L/(m2h)；當經(jīng)過TiO2納米涂層改性后，膜的平均孔隙率可降至43.2%，最大純水通量可降至1238 L/(m2h)。
　?。?）勃姆石涂層膜和TiO2涂層膜經(jīng)過P

6、OTS疏水改性后，由于勃姆石涂層和 TiO2涂層有效增加了膜表面的粗糙度，使得膜表面的水接觸角分別達156°和150°。除此之外，TiO2涂層膜經(jīng)過疏水改性后對正己烷顯示出親油性。當TiCl3濃度為0.2 mol/L時，改性氧化鋁膜對正己烷表現(xiàn)出超親油性，而當TiCl3濃度增至0.4 mol/L后，改性膜對正己烷的接觸角為36°。
　?。?）氧化鋁膜經(jīng)勃姆石和TiO2納米涂層改性之后，不但使得膜表面的大孔洞消失，而且分別使氧化鋁膜

7、具備了染料吸附和光催化降解功能。在常規(guī)條件下（吸附8.5 h）和紫外燈照射下（照射120 min），純氧化鋁膜對溶液中剛果紅的去除率分別僅為7%和14%，而勃姆石和 TiO2納米涂層修飾氧化鋁膜對剛果紅的去除率分別高達96.2%和94.8%。在過濾實驗中，純氧化鋁膜對剛果紅的過濾效果不是很明顯，其去除率只有11.5%；而經(jīng)勃姆石涂層改性后氧化鋁膜對剛果紅的去除率可達64.2%。在前驅(qū)液TiCl3的濃度0.4 mol/L的條件下，TiO2