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(yán)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(shù)在這方面起到了重要作用。無機(jī)陶瓷膜具有耐化學(xué)侵蝕、耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度好、抗微生物能力強(qiáng)、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?zé)Y(jié)技術(shù)制備氧化鋁陶瓷膜的過程中，由于膜中有機(jī)聚合物的分解，膜的表面會出現(xiàn)空隙和孔洞，嚴(yán)重影響膜的分離性能。因此，本文利用水熱法對氧化鋁膜進(jìn)行了表面改性，在膜的表面構(gòu)筑了不

2、同的微納米結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的勃姆石和TiO2涂層，通過SEM、XRD、FTIR對改性前后的氧化鋁膜進(jìn)行了一系列表征，研究了水熱反應(yīng)時間及溫度、反應(yīng)物組成等因素對涂層形態(tài)的影響。此外，通過化學(xué)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(jìn)行了進(jìn)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(yīng)用。得出了以下主要結(jié)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(jié)構(gòu)的勃姆石，當(dāng)反應(yīng)溫度為160℃，反應(yīng)時間為24 h時，勃姆石基本覆蓋了整個膜表面，填補(bǔ)了膜表面的空隙和孔洞。實驗發(fā)現(xiàn)：水熱反應(yīng)時間的延長，溫度的升高以及用 H2O2/H2SO4預(yù)處理氧化鋁膜均有利于勃姆石在氧化鋁膜表面的生長。
　?。?）當(dāng)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(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)尿素/Ti3+摩爾比、TiCl3濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)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(jié)構(gòu)的TiO2晶體，當(dāng)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(dāng)TiCl3濃度為0.4 mol/L時，膜表面生長的TiO2晶體為針狀結(jié)構(gòu)。
　　

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(dāng)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(dá)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(dāng)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(dāng)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(dá)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(dá)64.2%。在前驅(qū)液TiCl3的濃度0.4 mol/L的條件下，TiO2