无机膜
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第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
溶胶—凝胶法操作简单,过程易于控制,是制备无机陶瓷膜最常 使用的方法, 已经广泛应用于Al2O3 、SiO2 、TiO2 、ZrO2 及其复合 膜等无机陶瓷膜的制备中,并取得了一系列的成果。但是溶胶—凝胶 法制备无机陶瓷膜多以有机醇盐为先驱体,存在着成本较高的问题; 另外制得的膜较脆,因而提高其韧性是另一个需要解决的问题。随着 科学技术的发展,相信这些问题会逐步得到解决的。 就溶胶—凝胶法而言,进一步探索新的成膜工艺,从结构设计角 度出发,用同样的材料研制出更薄、孔径更小、孔径分布更窄的高效 分离膜是其发展的一个重要方向。另外,应用有机模板技术的自身特 点比如有机模板的种类很多,可以根据不同的性能要求选择不同的模 板,因而同样值得关注。
第三节 无机膜的分离机理
一、无机膜中气体的传递特性与分离模型
气体通过无机膜分离依赖于气体在膜中的传递特性。对于多孔无机 膜，气体在膜中的扩散机理如图13-2所示，依次为： （a）Knudsen扩散； （b）表面扩散； （c）毛细管凝聚； （d）分子筛分。 对于致密膜，气体在无机膜中的扩散机理为溶解-扩散机理。
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
2. 阳极氧化法 阳极氧化法是目前制备多孔A12O3功能薄膜的重要方法之一。 该法制得的膜孔径均一、同向、且几乎互相平行并垂直于膜表面， 这是其他方法难以达到的。 3. 相分离—沥滤法 4. 热分解法 5. 水热法 6. 其他方法 （1）放射粒子径迹刻蚀法 （2）聚合法
第一节 概述
二、无机膜的分类
无机膜就其表层结构可分 为多孔膜和致密膜两大类。 见表13-1。
无机膜 多孔金属膜 致密膜 致密金属膜 Pd及Pd合金膜 Ag及Ag合金膜 氧化锆膜 致密的固体电解质膜 复合固体氧化物膜 致密的"液体充实固定化"多孔载体膜 动态原位形成的致密膜 多孔不锈钢膜 多孔Ti膜，Ni膜 多孔Ag膜，Pd膜 Al2 O3膜 多孔膜 多孔陶瓷膜 SiO2膜 多孔玻璃膜 ZrO2膜 TiO2膜 分子筛膜（包括碳分子筛膜）
第三节 无机膜的分离机理
二、无机膜中液体的传递特性与分离模型
无机膜技术对液相体系的分离主要是微滤和超滤。其基本原理 是在压力差下，利用膜孔的渗透和截留或筛分性质，使不同组分得 到分级或分离。产品可以是纯液体或欲回收的组分。工作效率则以 渗透通量和渗透选择性为衡量指标，二者均与膜结构、体系性质及 操作条件等密切相关，其中膜阻塞即为严重的障碍。 另外，膜的表面特性，如荷电或不荷电、憎水或亲水的形式， 决定了膜与溶质有强弱不同的相互作用和截留效能，也就对分离产 生不同的影响。为了适应分离的要求，可以通过膜的表面修饰来调 整膜的结构与性能。 微滤的传递模型和超滤的渗透模型与有机膜基本一致。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（五） 有机模板技术 近年来又有研究人员在溶胶—凝胶法的基础上将生物仿生合成 的概念和技术即有机模板技术引入到陶瓷膜的制备过程中,突破了传 统的溶胶—凝胶法工艺,以有机物的自组装体为模板去控制无机膜的 生成,形成了一种新型的制备无机陶瓷膜的方法和工艺。其基本原理 为利用有机大分子的自组装体对无机物的成核及生长方式进行调制, 在自组装体的模板作用下,形成不同结构特性的无机/ 有机复合体,将 有机物模板去除后即可复制出类似于有机模板的膜孔结构及膜孔尺 寸的无机陶瓷膜。
第一节 概述
四、无机膜结构及组件
无机膜主要有两大类，即微孔膜及致密膜。对于微孔型的无机膜， 在使用中大多制成多层、不对称的复合结构，即多孔的载体上支撑 着一层极薄的控制层，如图13-1所示。
第一节 概述
四、无机膜结构及组件
多孔载体（底层）具有一定的机械强度，约数毫米厚，孔径 10∼15 µm左右，它是整个膜管的基体。多孔载体一般由三氧化二铝、 二氧化锆、碳、金属、陶瓷以及碳化硅材料制成。在载体的上面有 孔径很小、厚度很薄的控制层，用于物质的分离与富集。分离膜的 厚度一般为0.5∼10 µm，现在正在向超薄膜发展。工业应用的分离膜 孔径在4 nm∼5 µm。在载体与控制膜层之间，还可以包含一层或多 层的中间过渡层，其作用是防止活性分离层制备过程中颗粒向多孔 载体渗透。由于有过渡层的存在，多孔载体的孔径可以制备得较大， 因而膜的阻力小，膜渗透通量大。根据需要，过渡层可以是一层， 也可以是多层，其孔径逐渐减小，以与活性分离层匹配。一般而言， 过渡层的孔径在0.2∼5µm之间，每层厚度不大于40µm。
第一节 概述
三、无机膜材料
（一）致密材料 致密材料包括致密金属材料和氧化物电解质材料。这种材料是 无孔的，气体通过溶解-扩散或离子传递机理透过致密材料。其主要 特点是对某种气体具有高的选择性和低渗透率。 1. 金属及其合金 2. 固体氧化物电解质 (二) 微孔材料 1. 多孔金属膜 2.多孔陶瓷膜 3. 分子筛膜
第二节 无机膜的制备方法
二、致密膜的制备
（二）氧化物致密膜的制备 氧化物致密膜以对称结构为主,常采用挤出和等静压法成型。其 制备过程包括粉料制备、成型和干燥烧结三个基本步骤。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（一）多孔Al2O3 陶瓷膜的制备 在诸多多孔无机陶瓷膜中,多孔Al2O3 陶瓷膜是研究最早也是最 为广泛的一种,其具有化学稳定性好、机械强度大、抗生物腐蚀能力 强、孔径分布窄、渗透率高、耐高温以及无毒等特点。相比国外来 说,我国多孔陶瓷膜的研究要晚一些,我国较早进行Al2O3 陶瓷膜研究 并把溶胶—凝胶法应用到其制备过程中的是中国科学院成都有机化 学研究所的王公应等人,他们于1992 年应用溶胶—凝胶法以自制的三 仲丁醇铝为先躯体制备出平均孔径为216nm 左右的γ2 Al2O3 陶瓷膜。
（一）多孔支撑体的制备 1、干压成型法 2、注浆成型法 3、挤出成型法 4、流延成型方法
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
（二）分离层的制备 1、溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法是合成无机膜的一种重要方法。采用这种工艺可以制 得孔径小(1.0～5.0nm)、孔径分布窄的陶瓷膜，许多单组分和多组分 金属氧化物陶瓷膜，例如：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、Al2O3－ CeO2、TiO2－SiO2、SiO2－ZrO2、TiO2-ZrO2膜等。这种陶瓷膜作为 控制层既可用于超滤和气体分离，也可经修饰后作为催化膜用于膜 反应器。
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
第二节 无机膜的制备方法
二、致密膜的制备
致密膜有两类：金属及其合金膜；另一类为具有选择透氧功能 的金属氧化物膜。下面分别介绍这两类致密膜的制备方法。 （一）金属致密膜的制备 钯等金属膜的制备方法是指用溅射、离子镀、金属镀及气相沉 积等手段，将膜料沉积在多孔陶瓷、玻璃或多孔不锈钢载体上制造 微孔金属膜或氧化物薄膜的方法。其制备过程大致分为两个步骤： 一是膜材料（膜料）的气化；二是膜料的蒸气依附于其他材料制成 的载体上形成薄膜。主要的制备方法有：化学气相沉积法、电化学 气相沉积法、化学镀膜法和喷射热分解法。 1. 化学气相沉积法 2. 电化学气相沉积法 3. 化学镀膜法 4. 喷射热分解法
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（二）多孔SiO2 陶瓷膜的制备 多孔SiO2 陶瓷膜具有硬度大、密度低、折射率可调、介电常数 低、热稳定性高、声传播速度低等特性, 因此作为一种特殊的电介 质和绝热材料可应用于光学镀膜、传感器、过滤器以及集成电路和 超声探测器等领域。溶胶—凝胶法在制备SiO2 多孔陶瓷膜中同样有 着广泛的应用。2005 年西安交通大学李智等人以NH3·H2O 为催化 剂,同样以正硅酸乙酯为先驱体制备出了平均孔径约为100nm 的多孔 陶瓷膜。强碱催化使二氧化硅胶粒溶解度增大并增大了体系的离子 强度,可以制备孔隙率很高的薄膜,试验表明,通过改变反应物的剂量 以及调节添加剂的用量, 可以制得孔隙率60.50 %～70.75 %之间的多 孔SiO2 陶瓷膜,能够满足不同的行业需求,但是由于其孔径比较大会 限制其在工业上的应用范围,因而这种技术还需要进一步的改进和提 高。
无机膜
罗茂林 韩珊珊 卞棋
第一节 概述
一、无机膜的发展概况
随着膜技术及其应用的进一步的发展，对膜使用条件提出了愈 来愈高的要求，有些显然是高分子膜材料所无法满足的，因此，研 究耐高温的无机膜日益受到人们的重视。无机膜是固态膜的一种， 它是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、 无机高分子材料等制成的半透膜。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（四） 无机复合陶瓷膜的制备 不同基质材料制备的无机陶瓷膜都具有不同的优异性能和特点, 同时也存在着一定的不足之处,因而限制了其应用范围。如果能够将 不同基质材料复合在一起制成无机复合陶瓷膜,使其优点叠加并相互 弥补缺点,这样就可以使其具备更加丰富的性能,应用前景也将会更 加广阔。溶胶—凝胶法很好地解决了这个问题。我国也有很多学者 致力于运用溶胶—凝胶法制备多孔无机复合陶瓷膜的研究,与制备单 一组分的陶瓷膜使用的先驱体一样,分别为异丙醇铝、正硅酸乙酯、 钛酸丁酯和氧氯化锆,不同的是将各种不同的先驱体按一定的比例进 行复合,以制备性能各异的复合膜。
表13-1无机膜的类型
第一节 概述
二、无机膜的分类
据IUPAC（国际通用聚合物标准委员会）制定的标准，多孔无 机膜按孔径范围可分为三大类：粗孔膜（孔径大于50 nm）、过渡 孔膜（孔径介于2～50 nm）和微孔膜（孔径小于2 nm ）。目前已经 工业化的无机膜均为粗孔膜和过渡孔膜，处于微滤和超滤之内，而 微孔膜尚在实验室研制阶段，这种孔径接近分子尺度的微孔膜在气 体分离以及膜催化反应领域有着广泛的应用前景，成为当前研究和 开发的热点。多孔膜的渗透率较致密膜要高，但选择性较低，它们 各具特点，相辅相成，适用于不同的应用领域。 根据结构特点，无机膜又可分为非担载膜和担载膜。有工业应 用价值的主要是担载膜，非担载膜主要是用于研究和实验室小规模 应用。 此外，从制膜材料讲，膜又可以分为金属膜、合金膜、陶瓷膜、 高分子金属配合物膜、分子筛复合膜、沸石膜、玻璃膜等。
第二节 无机膜的制备方法
无机膜的制备方法与材料的种类、膜及载体的结构、膜孔径大 小、孔隙率和膜厚度密切相关，并在借鉴陶瓷、金属材料的制备技 术的基础上形成了多种制膜工艺。目前几种常见的制备方法有：溶 胶—凝胶法、阳极氧化法、相分离—沥滤法、热分解法、水热合成 法等。
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
第一节 概述
一、无机膜的发展概况
与有机膜相比，无机膜具有以下优点： 与有机膜相比，无机膜具有以下优点： 膜具有以下优点 1、热稳定性好，耐高温，一般可以在400℃下使用，最高可达800℃ 以上,不老化、寿命长。 2、化学稳定性好，耐有机溶剂，耐酸碱，抗微生物侵蚀。 3、机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的外压，并可反 向冲洗。 4、净化操作简单、迅速，价格便宜，保存方便。 5、孔径分布窄，分离效率高。 目前， 技术上看，无机膜还存在如下缺点 还存在如下缺点： 目前，从技术上看，无机膜还存在如下缺点： 1、生产成本高，制造技术难度大。 2、无机膜易发脆，给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难。 3、膜器安装因密封的缘故，使其性能不能得到充分利用。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（三）多孔TiO2 、ZrO2 陶瓷膜的制备 多孔二氧化钛陶瓷膜不仅具有良好的物理、化学特性,还具有优 异的光学特性,对可见及近红外光均有较好的透光性,具有锐钛矿结 构的纳米TiO2 薄膜还具有较强的光催化性能及优良的光致超亲水性, 因而被广泛应用于催化和光电化学等领域。2001年中国科技大学的 夏长荣等人于原料中加入了硝酸钇,成功制备了平均孔径为6nm 的钇 稳定的氧化锆超滤膜。钇稳定的氧化锆超滤膜具有更加优良的性能, 能应用于高温气体分离以及高温膜反应器。此外还具有了氧离子导 电性,扩展了氧化锆超滤膜的应用范围,实现了溶胶—凝胶法制备陶 瓷膜的又一次突破。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
溶胶—凝胶法操作简单,过程易于控制,是制备无机陶瓷膜最常 使用的方法, 已经广泛应用于Al2O3 、SiO2 、TiO2 、ZrO2 及其复合 膜等无机陶瓷膜的制备中,并取得了一系列的成果。但是溶胶—凝胶 法制备无机陶瓷膜多以有机醇盐为先驱体,存在着成本较高的问题; 另外制得的膜较脆,因而提高其韧性是另一个需要解决的问题。随着 科学技术的发展,相信这些问题会逐步得到解决的。 就溶胶—凝胶法而言,进一步探索新的成膜工艺,从结构设计角 度出发,用同样的材料研制出更薄、孔径更小、孔径分布更窄的高效 分离膜是其发展的一个重要方向。另外,应用有机模板技术的自身特 点比如有机模板的种类很多,可以根据不同的性能要求选择不同的模 板,因而同样值得关注。
第三节 无机膜的分离机理
一、无机膜中气体的传递特性与分离模型
气体通过无机膜分离依赖于气体在膜中的传递特性。对于多孔无机 膜，气体在膜中的扩散机理如图13-2所示，依次为： （a）Knudsen扩散； （b）表面扩散； （c）毛细管凝聚； （d）分子筛分。 对于致密膜，气体在无机膜中的扩散机理为溶解-扩散机理。
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
2. 阳极氧化法 阳极氧化法是目前制备多孔A12O3功能薄膜的重要方法之一。 该法制得的膜孔径均一、同向、且几乎互相平行并垂直于膜表面， 这是其他方法难以达到的。 3. 相分离—沥滤法 4. 热分解法 5. 水热法 6. 其他方法 （1）放射粒子径迹刻蚀法 （2）聚合法
第一节 概述
二、无机膜的分类
无机膜就其表层结构可分 为多孔膜和致密膜两大类。 见表13-1。
无机膜 多孔金属膜 致密膜 致密金属膜 Pd及Pd合金膜 Ag及Ag合金膜 氧化锆膜 致密的固体电解质膜 复合固体氧化物膜 致密的"液体充实固定化"多孔载体膜 动态原位形成的致密膜 多孔不锈钢膜 多孔Ti膜，Ni膜 多孔Ag膜，Pd膜 Al2 O3膜 多孔膜 多孔陶瓷膜 SiO2膜 多孔玻璃膜 ZrO2膜 TiO2膜 分子筛膜（包括碳分子筛膜）
第三节 无机膜的分离机理
二、无机膜中液体的传递特性与分离模型
无机膜技术对液相体系的分离主要是微滤和超滤。其基本原理 是在压力差下，利用膜孔的渗透和截留或筛分性质，使不同组分得 到分级或分离。产品可以是纯液体或欲回收的组分。工作效率则以 渗透通量和渗透选择性为衡量指标，二者均与膜结构、体系性质及 操作条件等密切相关，其中膜阻塞即为严重的障碍。 另外，膜的表面特性，如荷电或不荷电、憎水或亲水的形式， 决定了膜与溶质有强弱不同的相互作用和截留效能，也就对分离产 生不同的影响。为了适应分离的要求，可以通过膜的表面修饰来调 整膜的结构与性能。 微滤的传递模型和超滤的渗透模型与有机膜基本一致。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（五） 有机模板技术 近年来又有研究人员在溶胶—凝胶法的基础上将生物仿生合成 的概念和技术即有机模板技术引入到陶瓷膜的制备过程中,突破了传 统的溶胶—凝胶法工艺,以有机物的自组装体为模板去控制无机膜的 生成,形成了一种新型的制备无机陶瓷膜的方法和工艺。其基本原理 为利用有机大分子的自组装体对无机物的成核及生长方式进行调制, 在自组装体的模板作用下,形成不同结构特性的无机/ 有机复合体,将 有机物模板去除后即可复制出类似于有机模板的膜孔结构及膜孔尺 寸的无机陶瓷膜。
第一节 概述
四、无机膜结构及组件
无机膜主要有两大类，即微孔膜及致密膜。对于微孔型的无机膜， 在使用中大多制成多层、不对称的复合结构，即多孔的载体上支撑 着一层极薄的控制层，如图13-1所示。
第一节 概述
四、无机膜结构及组件
多孔载体（底层）具有一定的机械强度，约数毫米厚，孔径 10∼15 µm左右，它是整个膜管的基体。多孔载体一般由三氧化二铝、 二氧化锆、碳、金属、陶瓷以及碳化硅材料制成。在载体的上面有 孔径很小、厚度很薄的控制层，用于物质的分离与富集。分离膜的 厚度一般为0.5∼10 µm，现在正在向超薄膜发展。工业应用的分离膜 孔径在4 nm∼5 µm。在载体与控制膜层之间，还可以包含一层或多 层的中间过渡层，其作用是防止活性分离层制备过程中颗粒向多孔 载体渗透。由于有过渡层的存在，多孔载体的孔径可以制备得较大， 因而膜的阻力小，膜渗透通量大。根据需要，过渡层可以是一层， 也可以是多层，其孔径逐渐减小，以与活性分离层匹配。一般而言， 过渡层的孔径在0.2∼5µm之间，每层厚度不大于40µm。
第一节 概述
三、无机膜材料
（一）致密材料 致密材料包括致密金属材料和氧化物电解质材料。这种材料是 无孔的，气体通过溶解-扩散或离子传递机理透过致密材料。其主要 特点是对某种气体具有高的选择性和低渗透率。 1. 金属及其合金 2. 固体氧化物电解质 (二) 微孔材料 1. 多孔金属膜 2.多孔陶瓷膜 3. 分子筛膜
第二节 无机膜的制备方法
二、致密膜的制备
（二）氧化物致密膜的制备 氧化物致密膜以对称结构为主,常采用挤出和等静压法成型。其 制备过程包括粉料制备、成型和干燥烧结三个基本步骤。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（一）多孔Al2O3 陶瓷膜的制备 在诸多多孔无机陶瓷膜中,多孔Al2O3 陶瓷膜是研究最早也是最 为广泛的一种,其具有化学稳定性好、机械强度大、抗生物腐蚀能力 强、孔径分布窄、渗透率高、耐高温以及无毒等特点。相比国外来 说,我国多孔陶瓷膜的研究要晚一些,我国较早进行Al2O3 陶瓷膜研究 并把溶胶—凝胶法应用到其制备过程中的是中国科学院成都有机化 学研究所的王公应等人,他们于1992 年应用溶胶—凝胶法以自制的三 仲丁醇铝为先躯体制备出平均孔径为216nm 左右的γ2 Al2O3 陶瓷膜。
（一）多孔支撑体的制备 1、干压成型法 2、注浆成型法 3、挤出成型法 4、流延成型方法
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
（二）分离层的制备 1、溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法是合成无机膜的一种重要方法。采用这种工艺可以制 得孔径小(1.0～5.0nm)、孔径分布窄的陶瓷膜，许多单组分和多组分 金属氧化物陶瓷膜，例如：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、Al2O3－ CeO2、TiO2－SiO2、SiO2－ZrO2、TiO2-ZrO2膜等。这种陶瓷膜作为 控制层既可用于超滤和气体分离，也可经修饰后作为催化膜用于膜 反应器。
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
第二节 无机膜的制备方法
二、致密膜的制备
致密膜有两类：金属及其合金膜；另一类为具有选择透氧功能 的金属氧化物膜。下面分别介绍这两类致密膜的制备方法。 （一）金属致密膜的制备 钯等金属膜的制备方法是指用溅射、离子镀、金属镀及气相沉 积等手段，将膜料沉积在多孔陶瓷、玻璃或多孔不锈钢载体上制造 微孔金属膜或氧化物薄膜的方法。其制备过程大致分为两个步骤： 一是膜材料（膜料）的气化；二是膜料的蒸气依附于其他材料制成 的载体上形成薄膜。主要的制备方法有：化学气相沉积法、电化学 气相沉积法、化学镀膜法和喷射热分解法。 1. 化学气相沉积法 2. 电化学气相沉积法 3. 化学镀膜法 4. 喷射热分解法
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（二）多孔SiO2 陶瓷膜的制备 多孔SiO2 陶瓷膜具有硬度大、密度低、折射率可调、介电常数 低、热稳定性高、声传播速度低等特性, 因此作为一种特殊的电介 质和绝热材料可应用于光学镀膜、传感器、过滤器以及集成电路和 超声探测器等领域。溶胶—凝胶法在制备SiO2 多孔陶瓷膜中同样有 着广泛的应用。2005 年西安交通大学李智等人以NH3·H2O 为催化 剂,同样以正硅酸乙酯为先驱体制备出了平均孔径约为100nm 的多孔 陶瓷膜。强碱催化使二氧化硅胶粒溶解度增大并增大了体系的离子 强度,可以制备孔隙率很高的薄膜,试验表明,通过改变反应物的剂量 以及调节添加剂的用量, 可以制得孔隙率60.50 %～70.75 %之间的多 孔SiO2 陶瓷膜,能够满足不同的行业需求,但是由于其孔径比较大会 限制其在工业上的应用范围,因而这种技术还需要进一步的改进和提 高。
无机膜
罗茂林 韩珊珊 卞棋
第一节 概述
一、无机膜的发展概况
随着膜技术及其应用的进一步的发展，对膜使用条件提出了愈 来愈高的要求，有些显然是高分子膜材料所无法满足的，因此，研 究耐高温的无机膜日益受到人们的重视。无机膜是固态膜的一种， 它是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、 无机高分子材料等制成的半透膜。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（四） 无机复合陶瓷膜的制备 不同基质材料制备的无机陶瓷膜都具有不同的优异性能和特点, 同时也存在着一定的不足之处,因而限制了其应用范围。如果能够将 不同基质材料复合在一起制成无机复合陶瓷膜,使其优点叠加并相互 弥补缺点,这样就可以使其具备更加丰富的性能,应用前景也将会更 加广阔。溶胶—凝胶法很好地解决了这个问题。我国也有很多学者 致力于运用溶胶—凝胶法制备多孔无机复合陶瓷膜的研究,与制备单 一组分的陶瓷膜使用的先驱体一样,分别为异丙醇铝、正硅酸乙酯、 钛酸丁酯和氧氯化锆,不同的是将各种不同的先驱体按一定的比例进 行复合,以制备性能各异的复合膜。
表13-1无机膜的类型
第一节 概述
二、无机膜的分类
据IUPAC（国际通用聚合物标准委员会）制定的标准，多孔无 机膜按孔径范围可分为三大类：粗孔膜（孔径大于50 nm）、过渡 孔膜（孔径介于2～50 nm）和微孔膜（孔径小于2 nm ）。目前已经 工业化的无机膜均为粗孔膜和过渡孔膜，处于微滤和超滤之内，而 微孔膜尚在实验室研制阶段，这种孔径接近分子尺度的微孔膜在气 体分离以及膜催化反应领域有着广泛的应用前景，成为当前研究和 开发的热点。多孔膜的渗透率较致密膜要高，但选择性较低，它们 各具特点，相辅相成，适用于不同的应用领域。 根据结构特点，无机膜又可分为非担载膜和担载膜。有工业应 用价值的主要是担载膜，非担载膜主要是用于研究和实验室小规模 应用。 此外，从制膜材料讲，膜又可以分为金属膜、合金膜、陶瓷膜、 高分子金属配合物膜、分子筛复合膜、沸石膜、玻璃膜等。
第二节 无机膜的制备方法
无机膜的制备方法与材料的种类、膜及载体的结构、膜孔径大 小、孔隙率和膜厚度密切相关，并在借鉴陶瓷、金属材料的制备技 术的基础上形成了多种制膜工艺。目前几种常见的制备方法有：溶 胶—凝胶法、阳极氧化法、相分离—沥滤法、热分解法、水热合成 法等。
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
第一节 概述
一、无机膜的发展概况
与有机膜相比，无机膜具有以下优点： 与有机膜相比，无机膜具有以下优点： 膜具有以下优点 1、热稳定性好，耐高温，一般可以在400℃下使用，最高可达800℃ 以上,不老化、寿命长。 2、化学稳定性好，耐有机溶剂，耐酸碱，抗微生物侵蚀。 3、机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的外压，并可反 向冲洗。 4、净化操作简单、迅速，价格便宜，保存方便。 5、孔径分布窄，分离效率高。 目前， 技术上看，无机膜还存在如下缺点 还存在如下缺点： 目前，从技术上看，无机膜还存在如下缺点： 1、生产成本高，制造技术难度大。 2、无机膜易发脆，给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难。 3、膜器安装因密封的缘故，使其性能不能得到充分利用。
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
（三）多孔TiO2 、ZrO2 陶瓷膜的制备 多孔二氧化钛陶瓷膜不仅具有良好的物理、化学特性,还具有优 异的光学特性,对可见及近红外光均有较好的透光性,具有锐钛矿结 构的纳米TiO2 薄膜还具有较强的光催化性能及优良的光致超亲水性, 因而被广泛应用于催化和光电化学等领域。2001年中国科技大学的 夏长荣等人于原料中加入了硝酸钇,成功制备了平均孔径为6nm 的钇 稳定的氧化锆超滤膜。钇稳定的氧化锆超滤膜具有更加优良的性能, 能应用于高温气体分离以及高温膜反应器。此外还具有了氧离子导 电性,扩展了氧化锆超滤膜的应用范围,实现了溶胶—凝胶法制备陶 瓷膜的又一次突破。