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连续准确调节陶瓷膜孔径的方法

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-04-25 0:03:14 * 浏览: 8
背景技术多孔陶瓷膜材料具有化学稳定性好,机械强度高,抗微生物污染能力强,耐高温,高压反冲洗,再生能力强等突出优点。在常温和高温下,过滤装置,催化剂载体和无机反应等领域,例如隔板,具有广阔的应用前景。目前制备陶瓷膜的方法主要有固体颗粒烧结法,溶胶-凝胶法(Sol-Gel)和化学气相沉积法(CVD)。颗粒烧结法是商业陶瓷膜最常用的制备方法。可以通过选择不同尺寸和合适温度的颗粒来制备具有不同孔径的陶瓷膜,但是这种方法会在干燥或烧结过程中使膜破裂。或存在剥离现象,并且为了制备具有小孔径的陶瓷膜,需要多次烧结不同尺寸的颗粒以形成过渡层,该过程更加复杂,并且能量消耗高。溶胶凝胶法是重要的成膜方法,但是成膜液容易渗透到载体表面的大孔中,因此需要一个或多个中间过渡层,从而在使用中产生更大的阻力。同时,载体表面的粗糙度和大孔结构会在制备的薄膜层中引起缺陷。 CVD方法属于调节膜的孔径的方法。它通常适用于调节孔径较大的膜。对于孔径小的膜,很容易堵塞孔,沉积温度通常高于600°C。此外,传统的制膜方法难以建立控制参数与膜之间的定量关系。薄膜制备过程中薄膜的微观结构,以实现薄膜制备过程的定量控制。因此,开发一种简便的方法来微调陶瓷膜的孔径,从已知孔径的陶瓷膜中获得其他孔径的陶瓷膜,扩大其应用范围具有重要意义。发明内容为了克服现有技术的缺点,提出了一种在不引入过渡层的情况下连续且精确地调节陶瓷膜的孔径的方法。技术解决方案是:一种连续且精确地调节陶瓷膜孔径的方法,具体步骤如下:a将广安陶瓷分离膜放在原子层沉积仪的反应室中,排空并加热反应室温度为250〜450°C为了将样品保持在5-30ml的设定温度下,反应室中的气压为0.01-1Otorr,b首先关闭出气阀,对金属源前体进行0.01- ls,然后保持0-60s,然后打开出口阀,脉冲吹扫气体,吹扫3〜15s,然后关闭出口阀,脉冲氧化前驱体0.01〜1s,保持0〜60s ,最后打开出口阀,脉冲吹扫气体,吹扫3〜15s,两次前驱体的温度在20至50°C之间恒定,根据具体需要,重复步骤b以精确调节孔的大小。优选地,步骤b中的金属源前驱体为三甲基铝或异丙醇钛或四氯化钛,氧化前驱体为去离子水。优选地,步骤b中的吹扫气体是氮气或氩气。优选地,步骤c中描述的步骤b的数目重复10至2000次,更优选地100至2000次。有益效果:采用原子层沉积技术在陶瓷膜表面层的孔中连续沉积均匀致密的氧化膜,并精确调节广安陶瓷分离膜的孔径,实现孔径的连续调节从微米级到纳米级。通过改变ALD沉积循环的次数,在陶瓷基膜上沉积不同厚度的氧化铝层。扫描电子显微镜观察证实,随着沉积数量的增加,孔膜的大小逐渐减小直至完全封闭,形成具有梯度孔结构的超薄分离层,并测试了膜管的纯净水通量和牛血清的不同沉积时间。蛋白质的排斥率(BSA)表明,随着沉积数量的增加,膜的纯净水通量逐渐减少,BSA的截留率逐渐增加,截留率的增加明显大于通量的减少。如果通过600次ALD循环沉积氧化铝,膜通量将从沉积前的1700L·(m2·h·bar)降低到11OL·(m2·h·bar)-1,并且BSA的排斥率是沉积前的3%达到98%,实现了基膜从微滤膜到超滤膜,纳滤膜甚至致密膜的转化。 (1)光圈调节精度高。在每个ALD循环中,沉积层的厚度都在0.1纳米以下,也就是说,膜的孔隙可以以小于0.1纳米的精确度降低,(2)孔径调节过程是均匀且连续的。通过改变循环次数以获得基膜和致密膜之间的任何孔径,可以均匀连续地控制由ALD在陶瓷膜上产生的沉积层的厚度,(3)操作简单方便。在原子层沉积反应之前,无需对基膜进行预处理,并且沉积过程中反应的每个步骤都在型腔中进行,无需人工干预即可自动控制,并且无需后期处理沉积后进行处理,可直接使用,(4)该过程绿色环保,无污染。 ALD在陶瓷膜的孔径调节过程中不使用有机溶剂,可以回收过量的前体或副产物,并且没有“三废”排放。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器