氧化铝超滤膜的制备及性能研究

近年来,陶瓷膜因具有机械强度高、渗透性好、热稳定性强、耐酸碱腐蚀、寿命长等独特性能,在染料截留、气体分离等领域中有着广泛的应用。氧化铝超滤膜通常采用传统醇铝法制备,该方法具有原料成本高、工艺复杂、反应时间长、生产周期长等缺点,不利于氧化铝超滤膜的低成本、快速和规模化制备。本文直接利用工业拟薄水铝石(Al OOH·x H_2O)为原料,以硝酸为胶溶剂,采用溶胶-凝胶法在室温下制备了Al OOH溶胶,通过浸渍-提拉法分别在氧化铝多孔陶瓷和氧化铝多孔陶瓷微滤膜上涂膜,在干燥、煅烧后得MS-275生产商到了微观形貌完整不开裂、孔径大小均匀的γ-Al_2O_3超滤膜。利用旋转粘度计、纳米粒度分析仪、扫描电子显微镜、全自动比表面积及孔隙度分析仪、溶质截留法对溶胶和超滤膜的性能进行了分析,主要研究结果如下:(1)当酸铝比在0.2~0.25之间、固相含量在4%~8%之间时,拟薄水铝石完全胶溶,所得溶胶粘度适中且稳定性好,有利于涂膜液的制备。当酸铝比为0.2、固相含量为8%时,溶胶平均粒径约为Berzosertib核磁74 nm。(2)详细分析了Al OOH溶胶的胶溶机理,证明了Al OOH溶胶胶粒表面存在大量羟基,硝酸中的H~+与胶粒表面的羟基结合使溶胶胶粒带正电,NO_3~-在外围使胶粒形成了双电层结构,随着过量硝酸的加入,溶胶粒子紧密结合并聚集,形成了网状三维结构。(3)当涂膜液体系中PVA含量在1.25%~1.5%之间、固相含量在2%~4%之间时,可以制得光滑、完整且不开裂的γ-Al_2O_3超滤膜层。当PVA含量在1.25%~1.5%之间变化时,膜的厚度由3μm降低到1.8μm,膜的切割分子量MWCO为14.4~41.3 k Da之间,膜的平均孔径为6.98~11.34 nm,以氧化铝多孔陶瓷为基体的超滤膜的纯水通量为9.45~10.33 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1);当固相含量在3%~4%之间时,膜的厚度随固相含量的增加而变厚,膜的切割分子量(MWCO)为43.4~53.2 k Da,膜的平均孔径随着固相含量的增加而降低,但变化不大,为11.59~12.74 nm。在此条件下,以氧化铝微滤膜为基体制备的γ-Al_2O_3超滤膜的纯水通量为18.07~28.83 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1)。(4)γ-Al_2O_3超滤膜对刚果红染料可有效截留,达到分离效果。实验结果表明,过滤120 min后膜的截留效果依然优异,且膜对刚果红溶液的过滤通量最高可达20.37 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1);循环使用4次后,膜对刚果红染料的截留率仍在95%以上,过滤通量为13.58L·m~(-Hepatitis B chronic2)·h~(-1)·bar~(-1),效果依然显著,表明该超滤膜具有良好的再生性。