摘要: 以正硅酸乙酯( TEOS) 和氧氯化锆( ZrOCl2·8H2O) 为先驱体，乙醇为溶剂，采用溶胶－ 凝胶法在Al2O3基体上制备了SiO2 /ZrO2无机复合膜。重点考察了锆含量、浸没时间、涂膜方式对膜性能的影响。实验结果表明: 随着锆含量的增大，渗透比达到最大值时的涂膜次数减少，采用高低锆浓度结合涂膜以及适当的浸没时间可以提高膜的综合性能。

关键词: 无机膜; 渗透比; 锆含量; 浸没时间

前言

膜分离技术是20 世纪成功开发的新型高效、节能环保的分离技术，它是介质分离技术与材料科学的结合点，具有操作方便、分离效率高等优点［1］。最早的膜分离组件都是有机膜类，原因是有机膜便于生产加工［2］。但有机膜存在致命的弱点，如机械强度不够、不耐强酸强碱和某些有机溶剂等。无机膜则克服了有机膜的这些弱点，因此可被广泛地应用于医药、环保、食品等工业领域［3］。在制备无机膜的方法中，溶胶－ 凝胶法( sol － gel) 是最常用的方法之一［4］。本实验采用溶胶－ 凝胶法制备SiO2 － ZrO2无机复合膜，在制膜的过程中，影响膜性能的因素很多，本研究主要探究了锆含量、浸没时间和涂膜方式对膜性能的影响。

1 实验

1． 1 实验仪器及药品

仪器: PHS － 3B 精密pH 计( 上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂) ，SXL － 1208 型程控箱式电炉( 上海精宏实验设备有限公司) ，KQ 5200E 型超声波清洗器( 昆山市超生仪器有限公司) ， 79 － 1 型磁力加热搅拌器( 山东鄄城华鲁电热仪器有限公司) ，DHG － 9146A 型电热恒温鼓风干燥箱( 上海精宏实验设备有限公司) ， JA 5003N 电子天平( 上海精密科学仪器有限公司) ，压差计。药品: 正硅酸乙酯( TEOS，国药集团化学试剂有限公司) ，氧氯化锆( ZrOCl2·8H2O，国药集团化学试剂有限公司) ，无水乙醇( EtOH，国药集团化学试剂有限公司) ，四乙基溴化铵( TEAB，国药集团化学试剂有限公司) ，浓盐酸( HCl，沈阳市新东试剂厂) ，去离子水，以上试剂皆为分析纯。

1． 2 实验步骤

( 1) 配制复合溶胶: 取适量的氧氯化锆溶解于去离子水和无水乙醇中，再缓慢加入一定量的正硅酸乙酯、适量的四乙基溴化铵，室温下搅拌30 min，使溶胶混合均匀，等待涂膜。

( 2) 基膜预处理: 先配制体积比为1∶ 1 的无水乙醇和浓盐酸的混合液，将Al2O3

基膜完全浸入其中，放入超声波中清洗30 min，再用去离子水在超声波中清洗3 ～ 4 次，每次清洗20 min。

( 3) 浸涂: 先将氧化铝基膜完全浸没于溶胶中，使溶胶与基膜表面充分接触，然后以一定的速度将基膜垂直提拉出来，使溶胶均匀涂覆在基膜的外表面，形成湿溶胶膜。

( 4) 干燥和焙烧: 将湿凝胶膜于60℃下恒温2 h，在乙醇氛围中进行干燥，然后放在加热炉中焙烧，以1℃ /min 的速率加热至300℃，恒温2 h 后，以2℃ /min 的速率继续加热至600℃，恒温1 h，自然冷却至室温。

( 5) 性能表征: 利用自制渗透装置( 如图1 所示) ，分别将N2和H2从膜管外一侧通入，从膜管内一测引出，将膜两侧的压差保持在10 mm Hg( 1 333． 32 Pa) ，排水法收集渗透气，记录完全充满集气瓶所用的时间，根据实验所用膜管的外表面积、压差和集气所用时间等因素计算无机复合膜的渗透通量和渗透比，由于密闭性不好，难免会有误差，本实验主要是分析各因素影响渗透比的趋势并做讨论。计算公式为Q = Jn1Jn2 = t2