2. 1 锆含量对膜性能的影响涂膜液配比: n( ETOH) ∶ n( H2O) ∶ n( TEAB) = 25∶ 11∶ 0. 6图2 锆含量对渗透比的影响图2 表示的是锆含量对膜性能的影响,其中锆含量依次为0. 05、0. 12、0. 18,相应的涂膜液中TEOS 配比依次为0. 95、0. 88、0. 82。从图1 中看出,随着溶胶中氧氯化锆含量增加,达到最大渗透比所需的涂膜次数明显减少。上述变化规律是由于: 在溶液中,硅酸乙酯和氧氯化锆都发生水解反应,但氧氯化锆水解相对来说更加剧烈,并且水解的氧氯化锆和水解的硅酸乙酯继续发生交错的缩聚反应[5],形成交联度高的网络状结构溶胶。随着锆含量增多,溶胶的交联度随着增大,在基体上的架桥作用较好,因此随着锆含量的增大渗透比达到最大值时的涂膜次数减少。但是随着涂膜次数的增多,较大的溶胶颗粒不能有效的弥补前次涂膜的空隙,造成膜层不够细腻,膜层较厚,容易在干燥和焙烧过程中出现龟裂,导致膜的选择性下降,影响了膜的性能[6]。
2. 2 浸没时间对膜性能的影响
涂膜液配比: n( ETOH) ∶ n( H2O) ∶ n( TEAB) = 25∶ 11∶ 0. 6,锆含量为0. 15,相应的TEOS 为0. 85图3 浸没时间对渗透比的影响图3 表示的是浸没时间对膜性能的影响,其中浸没时间依次是20 s、25 s、30 s。由图2 可以看出3 种不同的浸没时间渗透比达到最大值所需的涂膜次数是一致的,都在第4 次达到峰值,选择性最好。由图得出浸没20 s 为最佳值,浸没时间过长,溶胶在基体上渗透过多,容易将基体孔一层层的堵上,从而加大了扩散阻力,膜的渗透比和渗透通量都会下降,使得膜的选择性下降,影响了膜的性能。同时由图可见,膜管的渗透比皆在第4 次时达到峰值,选择性最好。说明涂膜次数也有适宜的范围,涂膜次数较少时,膜较薄,覆盖性差,缺陷较多; 但涂膜次数过多时,膜层厚度增加,热处理过程中膜易开裂,反而会使膜的性能大大下降[7]。因此在制膜过程中,不仅要确定最佳浸没时间,并应该恰当的控制涂膜次数。
2. 3 涂膜方式对膜性能的影响
涂膜液配比: n( ETOH) ∶ n( H2O) ∶ n( TEAB) = 25∶ 11∶ 0. 6图4 涂膜方式对渗透比的影响图4 为涂膜方式对膜性能的影响,增加了高低锆含量结合涂膜实验,与单独涂膜实验进行对比,其中高低锆含量依次为0. 05、0. 12。从图4 可以看出,采用高低锆含量结合涂膜与单独溶胶涂膜都是在第4 次涂膜渗透比达到最大,但高低锆含量结合涂膜比单独涂膜能使膜获得更好的选择性,即成膜质量更好。这是由于先用高锆含量溶胶涂膜可以有效地“堵孔”和“架桥”[8],然后用低锆含量溶胶进一步弥补高锆含量溶胶涂膜造成的缺陷,所以可以使渗透比更大。因此采用高低锆含量结合涂膜法膜的性能会更好。
3 结论
本工作主要考察了三种主要因素对膜性能的影响,得出以下结论:
( 1) 随着锆含量的增大,渗透比达到最大值时的涂膜次数减少;
( 2) 在锆含量为0. 15 时,浸没20 s 为最佳值,选择性最好,并要恰当的控制涂膜次数;
( 3) 用高锆含量溶胶涂膜可以有效的“堵孔”和“架桥”,用低锆含量溶胶进一步弥补高锆含量溶胶涂膜造成的缺陷,因此采用高低锆含量结合涂膜法膜的性能更好。