吳西禹

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 河津 043300）

氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜因其自身材料的特殊性，過濾性能好，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)藥品，食品生產(chǎn)，工業(yè)制造和水處理領(lǐng)域等多個(gè)方面，特別是在高溫環(huán)境，酸堿環(huán)境，有機(jī)溶劑中。在部分領(lǐng)域，有機(jī)膜因?yàn)樽陨聿牧闲再|(zhì)的弱點(diǎn)也有被無機(jī)復(fù)合膜取代的趨勢。在國外的一些國家已經(jīng)開始生產(chǎn)氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜并且應(yīng)用于生產(chǎn)制造，水處理等方面。相比較而言，我國無機(jī)復(fù)合膜的研究起步稍晚，研究無機(jī)復(fù)合膜對(duì)專業(yè)性有很多要求，但由于無機(jī)復(fù)合膜應(yīng)用前景非常好且具備的商業(yè)價(jià)值不可估量，我國急需加大無機(jī)復(fù)合膜的研究力度。

1 氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜制備

氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜的制備工藝采用常用的方法，以鋁醇鹽為原材料，將鋁醇鹽溶于水或有機(jī)溶劑中，在膠溶劑作用下進(jìn)行醇解縮聚反應(yīng)，形成均勻的溶膠，通過控制溫度、濕度等條件進(jìn)行干燥處理后，使溶液從溶膠轉(zhuǎn)變成凝膠最后形成凝膠膜，凝膠膜最后經(jīng)過高溫?zé)崽幚韥碇苽溲趸X無機(jī)復(fù)合膜，基本流程如下圖1所示。

圖1 氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜制備流程

1.1 選擇無機(jī)材料

多孔氧化鋁片，孔洞為不規(guī)則的六邊形，孔徑約為250nm～300nm。經(jīng)過與鎳網(wǎng)，多孔陶瓷片，透氣鋼片等無機(jī)材料做的基底對(duì)比測試發(fā)現(xiàn)，多孔氧化鋁膜作為無機(jī)基底，產(chǎn)出率高，產(chǎn)出的復(fù)合膜純凈，基底的連接面整齊，制備過程中結(jié)合力強(qiáng)。多孔氧化鋁片為無機(jī)基底有以下優(yōu)點(diǎn)，多孔氧化鋁膜極高的孔隙率使得它滲透氣體通量高；其孔徑的大小可以控制，根據(jù)有效數(shù)據(jù)，多孔氧化鋁膜的孔徑范圍在五納米和幾百納米之間，并且其孔道的排列是有規(guī)律的，不存在幾個(gè)或更多個(gè)孔的組合體；其表面均勻，耐高溫，有相對(duì)較高的耐酸堿性；其機(jī)械強(qiáng)度較大，抗壓性好。根據(jù)目前的資料可知，許多物質(zhì)都可以以多孔氧化鋁片為基底制備膜材料。

1.2 制備支持體

氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜的厚度非常小，韌性不足，強(qiáng)度不高，在制備過程中不能發(fā)生彎曲，因此需要支撐體對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，增強(qiáng)其抗折能力。制備方法是在氧化鋁粉中加入適量的粘結(jié)劑和溶劑水，在滾軸式球磨磨具中進(jìn)行混合，在混合時(shí)，加入潤滑劑和鋁溶膠。陳化24h～36h，通過壓力壓制得到支撐體生坯。上面再覆蓋一層鍛燒的氧化鋁粉體，防止燒結(jié)變形，支撐體生坯經(jīng)過恒溫干燥箱進(jìn)行干燥。最后在程序控溫爐中進(jìn)行燒結(jié)。

1.3 制備溶膠涂膜液

溶膠涂膜液是以異丙醇鋁粉為原料，以亞硝酸為膠溶劑。將異丙醇鋁粉和二次蒸餾去離子水按比例進(jìn)行混合，形成懸浮液，用攪拌器進(jìn)行攪拌，約一個(gè)小時(shí)左右，加入亞硝酸進(jìn)行水解膠凝，形成溶膠，繼續(xù)回流攪拌一段時(shí)間，使得膠體陳化，最終可得到穩(wěn)定的氧化鋁溶膠。

2 氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜分離技術(shù)

目前無機(jī)復(fù)合膜的分離技術(shù)有，納濾，反滲透，氣體分離和滲透蒸發(fā)，其技術(shù)原理等詳情如下表1所示。

表1 無機(jī)復(fù)合膜的分離技術(shù)

其中納濾方法和反滲透方法在膜分離四大技術(shù)之中，其分離過程的裝置、分離流程的設(shè)計(jì)都比較成熟，現(xiàn)有大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)在使用這兩種技術(shù)，并且已經(jīng)占有一定的市場。氣體分離和滲透蒸發(fā)是正在研究發(fā)展中的技術(shù)，相對(duì)而言氣體分離技術(shù)比滲透蒸發(fā)技術(shù)更為成熟一些。

本文氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜采用反滲透技術(shù)分離，氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜的選擇性只能透過溶劑而截留離子物質(zhì)，以無機(jī)復(fù)合膜兩側(cè)的壓力差為推動(dòng)力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物進(jìn)行膜分離。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文提出的氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜制備及其分離技術(shù)的有效性，和傳統(tǒng)的氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜制備及其分離技術(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的材料和試劑由同一化學(xué)試劑公司提供，實(shí)驗(yàn)的設(shè)備也都是來源于同一家化學(xué)研究所，在保證外界環(huán)境相同的情況下，根據(jù)各自氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜不同的制備方法，選擇相應(yīng)的材料和設(shè)備，制備出氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜。之后做氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜的滲透通量和分離率評(píng)價(jià)對(duì)比分析，滲透通量是評(píng)價(jià)通過膜滲透速度的指數(shù)，公式如下所示。

公式（1）中，J 表示滲透通量，單位g/（m2h），表示滲透的評(píng)價(jià)時(shí)間，A 表示氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜的有效膜面積，單位m2，W 表示時(shí)間內(nèi)通過氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜面積的透過液質(zhì)量，單位g。

分離率是對(duì)氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜分離效果的評(píng)價(jià)參數(shù)，其公式如下所示。

在公式（2）中R 表示分離率，C1表示被分離物質(zhì)的主體溶液濃度，單位mol/L，C2代表膜透過液濃度，單位mol/L。

經(jīng)過對(duì)比實(shí)驗(yàn)后，得出的結(jié)果如下表2所示

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

本文提出的氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜制備及其分離技術(shù)的滲透通量比傳統(tǒng)方法的滲透通量大很多；分離率也比傳統(tǒng)方法的分離率要高。通過數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)本文提出的氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜制備方法制備的氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜比傳統(tǒng)制備方法的氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜的滲透速度高，分離效果好。

4 結(jié)語

本文氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜制備方法的優(yōu)點(diǎn)是制備過程的溫度低，在反應(yīng)過程中以分子或是原子水平進(jìn)行操作，制備的均勻程度好，容易控制。制備過程采用原料的化學(xué)計(jì)量精準(zhǔn)，有摻雜時(shí)可進(jìn)行定量操作。制備過程中使用的設(shè)備簡單，可大面積推廣使用。制備的氧化鋁無機(jī)復(fù)合膜純度高，滲透性好，分離技術(shù)的分離效果也較好。不足之處在于制備的周期較長，支撐體在燒結(jié)過程中容易發(fā)生變形。對(duì)于研究中的不足有待在今后的研究工作中進(jìn)一步完善。