zro_2纳米晶涂层修饰改性的陶瓷微滤膜性能

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1、万方数据第38卷2009芷增刊212月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERlAL，SANDENGINEERrNGVoi．38，Suppl．2December2009Zr02纳米晶涂层修饰改性的陶瓷微滤膜性能吴也凡，罗凌虹，石纪军，周健儿，汪永清，陈猛，何汝杰(景德镇陶瓷学院，江西景德镇333001)摘要：对口．A1203陶瓷膜进行四方相的Zr02纳米涂层修饰。陶瓷膜分别经5，8．5，12tim3种不同尺寸的四方相Zr02纳米晶涂层修饰改性后，Zr02纳米晶的尺寸越小，Zeta电位的绝对值也就越大，等压下的水通量也就越大。经修饰改性后的陶瓷微滤膜在平均孔径相对于支撑体缩小

2、约lO倍后，在相同压差下其水通量明显大于支撑体的水通量。过膜后水的渗透压呈略微上升的趋势及电导率产生突跃性的增加。在陶瓷膜表面羟基的亲水性和荷电特征等因素的作用下，过膜后较大的水分子团簇(结构)断裂为较小的团簇。关键词：微滤膜；水分子团簇；水通量；z帕z纳米涂层中图法分类号：TB321文献标识码：A文章编号：1002．185X(2009)S2．063I-04在陶瓷微滤膜的分离过程中，根据筛分原理，一般认为膜的过滤阻力主要集中在顶膜上，而过滤介质与膜的相互作用过程则往往被忽略。作者在早先的理论分析中通过与外加力场(电场、磁场等)作用下水分子的团簇结构被活化的关联【l】，注意到主要由

3、于在陶瓷微滤膜表面羟基的亲水和荷电(特性)等作用下，过滤介质中由氢键网络形成的水的团簇结构将受到一定程度的解体。在生物体内起隔离作用的细胞膜也具有一定的亲水性和荷电特性，在细胞膜的作用下，生理环境下过膜后的水也可能被进一步激活，即在一定程度上解体了较大的水的团簇结构，使之处在新的动态平衡状态中，从而促进了新陈代谢。在景德镇陶瓷学院的江西省高等学校无机膜重点实验室多年研究的基础上【2。】，在2006年提交的国家自然科学基金报告“荷电陶瓷膜分离层的结构表征和仿生化学模拟”中明确提出了上述观点及具体的研究方案。之后在元素周期表范围内优选了过渡金属氧化物，并展开了对具有类荷叶结构的陶瓷微

4、滤膜进行仿生化学的模拟研究。用其纳米晶对陶瓷微滤膜进行涂层修饰改性，从纳米涂层的表面羟基的亲水性和荷电等特征对水通量的影响进行了关联。研究了过滤介质与陶瓷膜的相互作用，首次发现过膜后水的导电性发生了大幅度的增加，经纳米晶涂层修饰改性后的陶瓷微滤膜在平均孔径相对于支撑体缩小约10倍以后，在相同压差下其水通量明显大于支撑体的水通量。即在陶瓷微滤膜表面羟基的亲水和荷电(特性)等作用下，由氢键网络形成的大的水的团簇结构受到了解体。该系列研究对具有氢键网络结构的均相体系中的陶瓷微滤膜的过滤机理和仿生化学研究有着重要意义，有可能导致在自然界中含氢键网络体系中的一些基本规律的发现。本研究将报道

5、其中的经四方相Zr02纳米晶涂层修饰改性的陶瓷微滤膜对水通量的影响。并简要解释了这一看来似乎违背筛分原理的反常现象。1实验1．1支撑体的制备将平均粒径为10岬a．A1203微粒(97％质量分数，下同)，苏州土(3％)，用0．4％的聚乙烯醇(PVA)水溶液调制造粒，压力成型。成型样品在干燥箱中120℃干燥2h后进行焙烧：室温至500℃的升温速率为1℃／rain，500～1150℃升温速率为5℃／min，在1150℃下保温2h后，自然冷却。对支撑体进行定压下的水通量测试后，将水通量基本相同的支撑体编成系列，分组备用。由于所用原料PVA中含有微量不溶于水的絮状物，需经离心及玻璃棉过滤后

6、取清液使用。如不经过该净化处理，则制成的支撑体的水通量波动很大，使后续对比研究难以进行。1．2顶膜的制备将平均粒径为1．5岬口．A1203微粒(97％质量分数，下同)，苏州土(3％)和0．4％的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液混合后，经球磨制成悬浮性好的浆料，利用浸渍提拉法支撑体的一面镀上约20pm厚度均匀收稿日期：2009．06．20基金项目：江西省教育厅青年科学基金资助(GJJ09539)；江西省自然科学基金资助(2007GZC0799)作者简介：吴也凡，男，1953年生，博士，教授，景德镇陶瓷学院，江西景德镇333001，电话：0798·8499328，E-mail：sjx8

7、818@163．COIn万方数据·632·稀有金属材料与[程第38卷浆料，阴干后经1150℃烧成。1．3Zr02纳米晶涂层的修饰改性电磁搅拌下，在无水乙醇中加入锆烷氧基化合物【6】后，立即将未经修饰改性的陶瓷微滤膜浸泡在上述溶液中，室温搅拌8h后取出阴干，在干燥箱中110℃干燥2h，用蒸馏水水洗后，以l"C／min的升温速率，在800℃下保温2h后，自然冷却。通过调节涂膜液中zr源的浓度控制ZrO：纳米晶粒的大小。2结果与讨论以锆烷氧基化合物为原料，通过低碳醇的非水水解所形成的溶