分離膜的制備及研究發(fā)展

陽(yáng)極氧化法微孔氧化鋁分離膜的研制，先前多采用陽(yáng)極氧化法，近十多年來(lái)這種工藝得到了不斷完善，其制備方法是以高純度金屬箔為陽(yáng)極，在酸性電解質(zhì)溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化。陽(yáng)極氧化法制備的膜包含兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是大面積的微孔層，另一個(gè)是屏障層。屏障層具有一定的毗連，實(shí)際起著支撐作用，陽(yáng)極氧化法制備的膜呈很規(guī)則的直孔，孔徑均勻，形成六角形微孔網(wǎng)絡(luò)。
溶膠凝膠法以金屬醇鹽及其化合物為原料，在一定介質(zhì)和催化劑存在的條件下，進(jìn)行水解-縮聚反應(yīng)，使溶液由溶膠變成凝膠，再經(jīng)干燥、熱處理而得到合成材料的方法稱為溶膠-凝膠法。目前，該法已成為氧化鋁分離膜的主要制備方法，它不僅操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單，更重要的是孔徑分布狹窄，孔徑大小可通過(guò)調(diào)節(jié)溶膠和熱處理過(guò)程來(lái)控制，分離效率高。適用超濾和氣體分離，另外，溶膠-凝膠法的成膜工藝的多樣性如浸涂、噴霧等，有利于適應(yīng)不同膜厚度的需要。
水解過(guò)程溶膠的制備為通過(guò)醇鹽的水解可以生成兩種不同的溶膠，一種是醇鹽*水解，形成沉淀后經(jīng)膠化得到的膠體溶液。另一種是醇鹽在一定控制條件下不生成沉淀而形成大分子溶液。這兩種溶膠的性質(zhì)不同，其水解過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。隨酸度增加，氧化鋁分離膜的孔徑和空隙率變大。由此可見膠溶劑種類和用量對(duì)膜的結(jié)構(gòu)特性有明顯影響。
成膜方式目前大多采用粒子溶膠制凝膠膜橡塑管。當(dāng)多孔載體于溶膠接觸時(shí)，由于毛細(xì)管力的作用，溶膠中的液相進(jìn)入載體的孔隙中，而溶膠中的固相粒子被留在載體表面逐漸富集形成凝膠膜。根據(jù)一些理論模型，凝膠膜的厚度與浸漬時(shí)間的平方根成正比，膜的沉積速度隨溶膠濃度的增加而增加，隨載體孔徑的增加而減少。干燥條件溶膠與凝膠干燥過(guò)程溫度和濕度、蒸汽壓力差也是影響膜微觀結(jié)構(gòu)變化的主要條件。一般認(rèn)為膠體在干燥過(guò)程中好似毛細(xì)管收縮力起作用，而外部蒸氣壓是一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，所以要控制一定的溫度與濕度，使微觀變化緩慢進(jìn)行。煅燒過(guò)程煅燒過(guò)程也是膜產(chǎn)生微觀變化的時(shí)刻。因?yàn)槿苣z是很小的晶粒，當(dāng)經(jīng)干燥轉(zhuǎn)為凝聚有所凝聚，而升溫煅燒微觀結(jié)構(gòu)變化更突出，緩慢升溫可以使范圍微觀結(jié)構(gòu)變化zui小。
作為新型的分離膜材料，氧化鋁膜在很短的時(shí)間內(nèi)得到迅速發(fā)展，其優(yōu)于有機(jī)膜的性能已被眾多的研究者和使用者所認(rèn)識(shí)。它的開發(fā)生產(chǎn)正穩(wěn)步向前，特別是膜的制備方面已經(jīng)積累了許多成果。盡管氧化鋁膜的地位已經(jīng)確立，還有許多研究工作有待進(jìn)一步開展，比如其用于氣體分離的研究還局限于膜的制備、分離性能的表征及傳遞機(jī)理等，有關(guān)膜設(shè)計(jì)的優(yōu)化和改性，使膜不但具有微孔性而且具有吸附性或催化性方面的研究報(bào)道不很多。同時(shí)，今后有待深入研究和探討的問(wèn)題的確很多，如制膜技術(shù)的進(jìn)一步完善；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比性，氣體傳遞機(jī)理的動(dòng)力學(xué)研究；高溫下氣體分離過(guò)程的研究等等。氧化鋁膜的脆性和成本也是其發(fā)展的不利因素。