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摘 要

以平均孔径为5-6 nm的片式γ-Al₂O₃中孔膜为载体，通过浸浆法将TiO₂聚合溶胶在载体上涂覆一次后，经350 ℃和400 ℃烧成后制备出TiO₂陶瓷纳滤膜。采用静态腐蚀方法，详细考察了TiO₂粉体及TiO₂纳滤膜的耐酸碱腐蚀性能。结果表明：经350 ℃和400 ℃焙烧的TiO₂粉体均能够在溶液pH=1-14范围内稳定；经350 ℃烧成的TiO₂纳滤膜能够在溶液pH=3-11的范围内稳定；经400 ℃烧成的TiO₂纳滤膜能够在溶液pH=2-11的范围内稳定；烧成温度升高，TiO₂材料的结晶度提高，形成更稳定的结构，且随着烧成温度的提高，膜层之间的结合力增强，提高了陶瓷纳滤膜的耐酸碱腐蚀性能。

关键词：TiO₂ 纳滤 耐酸碱腐蚀

ABSTRACT

Disk -Al₂O₃ supported mesoporous -Al₂O₃ membrane with an average pore size of 5-6 nm was used as support for nanofiltration membranes deposition. Defect-free TiO₂ nanofiltration membranes superimposed on these supports were fabricated via dip-coating method followed by drying and calcination. The chemical stabilities of TiO₂ nanofiltration membranes were determined by static corrosion tests. Results showed that TiO₂ powders that calcined at 350 ^oC and 400 ^oC were found to be chemically stable in a pH window of 1-14. TiO₂ nanofiltration membrane that calcined at 350 ^oC was found to be chemically stable in a window of pH=3-11. While the membrane that calcined at 400 ^oC were found to be chemically stable in a window of pH=2-11. With the increase of calcination temperature, the corrosion resistance of ceramic nanofiltration can be improved. This can be attributed to the crystallinity and increased mechanical strength with the increase of calcination temperature.

KEY WORDS: TiO₂; Nanofiltration; Corrosion resistance.

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 膜分离技术简介 1

1.2.1 膜分离技术的优点 1

1.3 纳滤膜概述 1

1.3.1 纳滤膜的定义 1

1.3.2 纳滤膜的分类 2

1.4 纳滤膜的传质机理 3

1.4.1 细孔模型 3

1.4.2 电荷模型 4

1.4.3 静电排斥和立体位阻模型 4

1.5 纳滤膜的应用 4

1.5.1 饮用水处理 4

1.5.2 造纸废水处理 5

1.5.3 废碱回收 6

1.5.4 核苷酸浓缩 7

1.5.5 中药浓缩 7

1.6 陶瓷纳滤膜的研究现状 8

1.7 本课题的研究目的和研究内容 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验试剂及仪器 10

2.2 TiO₂粉体及TiO₂纳滤膜的制备 10

2.3 TiO₂粉体及TiO₂纳滤膜的表征 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 TiO₂粉体的晶型 13

3.2 TiO₂粉体的耐酸碱腐蚀性能 13

3.3 Ti-350膜的耐酸碱腐蚀性能 14

3.4 Ti-400膜的耐酸碱腐蚀性能 16

第四章 结论 19

参考文献 20

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 引言

随着人类社会的高速发展和工业文明的脚步不断加快，带来了世界范围的污染物排放，滥用化肥、杀虫剂，使我们人类赖以生存的水资源遭到严重的破坏。随着人们对于环境的重视程度越来越高，膜分离技术进入了人们的视野，它凭借其节能，高效，装置简单，操作方便等特点在现代生活生产中占据了一个很重要的地位。

1.2 膜分离技术简介

膜分离技术是指借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术，已经被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等^[1]。

1.2.1 膜分离技术的优点

与传统技术相比，膜分离技术具有如下优点^[2]：（1）膜分离的过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；（2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等；（3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至是离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型；（4）膜分离技术以压力差为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。

1.3 纳滤膜概述

1.3.1 纳滤膜的定义

膜的分类方法有很多种，比较常用的方法是按其孔径大小来划分。膜按其孔径大小可分为微滤膜（＞100 nm）、超滤膜（2~100 nm）、纳滤膜（0.5~2 nm）和反渗透膜（＜0.5 nm）^[3]。纳滤膜的研究起源于20世纪70年代，Cadote成功制备出NS-300复合膜，揭开了纳滤膜研究的序幕^[4]。纳滤与反渗透、超滤一样均属于压力驱动的膜分离过程。纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间，平均孔径约为1 nm左右，故称为纳滤膜。纳滤膜具有以下三方面的特点^[5-8]：

（1）纳米级孔径：纳滤膜表面孔径处于纳米级范围，因而其分离对象主要为平均粒径1 nm左右的物质，特别适合于分子量为200-1000 Da的物质分离。

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