陶瓷膜的疏水化改性开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名： 钱律锟 学 号：p3801110423 所在学院： 食品与轻工学院 专 业： 食品科学与工程 设计(论文)题目： 陶瓷膜的疏水化改性 指导教师： 仲兆祥

文 献 综 述1.1研究背景 随着水污染日益严重和水资源的枯竭,人们对污水深度处理和循环再利用的要求越来越高。水处理过程中，膜技术的应用越来越广泛，已扮演了相当重要的角色。有机膜首先得到应用，它在很多方面有独到的优点,例如有韧性、适应各种大小粒子的分离、制备相对简单、易成型、工艺较成熟等。但也有一些自身无法克服的缺点：热稳定性差、抗腐蚀性差，使用寿命短、易堵塞、不易清洗等。20世纪80年代以来，无机膜的研发已逐渐引起关注。美国bcc 统计结果显示，2005 年全世界膜市场的消费量为70亿美元，而无机膜约占20%；在无机膜中，陶瓷膜的应用超过80%，并以每年35%的速度增长，在石化、食品、医药、能源、资源、环境等领域发挥了重要作用。而陶瓷膜过滤作为一种新型无机膜分离技术，在废水处理和再利用等方面已成为国内外竞相研究开发的热点之一。膜技术是新型高效分离技术，以其节约能源和环境友好的特征成为解决全球能源、环境、水资源等重大问题的共性支撑技术之一。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

3陶瓷膜的渗透性陶瓷膜的渗透性主要取决于其孔隙率、孔曲折因子及孔形态等。造孔剂法及纤维搭建法是当前制备高渗透性陶瓷膜的主流技术。造孔剂法通过加入造孔剂以使孔数量扩大化，从而提高陶瓷膜孔隙率。模板剂法是一类特殊的造孔剂法，其造孔剂具有特定大小及形状以使孔道有序化，亦可提高其孔隙率。纤维搭建法则采用陶瓷纤维作为制膜原料，通过层层搭建纤维孔道以使孔形态多样化，从而实现孔隙率的提高。1.3.1 造孔剂法 造孔剂法是提高多孔陶瓷孔隙率的简单又经济的方法，造孔剂可分为无机物和有机物两类。无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵和氯化铵等高温可分解的盐类或者无机碳如石墨、煤粉等；有机造孔剂主要包括天然纤维、高分子聚合物，如锯末、淀粉、聚苯乙烯（ＰＳ）、聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）等[3-5]。1.3.2 模板剂法 采用规整均一的造孔剂，以有效控制所合成材料的形貌、结构和大小，并制备出孔结构有序、孔径均一、孔隙率大的一系列微孔、介孔和大孔材料的方法称为模板剂法。模板剂法具有丰富的选材和灵活的调节手段，采用模板剂法制备陶瓷膜是目前的一个研究热点。 渗透选择性主要由膜孔径及其分布决定，微滤、超滤等陶瓷膜制备技术逐渐成熟，近年来的研究主要向两个方向发展，一是开发具有较大孔径的陶瓷膜材料，用于高温气体除尘[6-9]，另一方面是研发更小孔径的陶瓷膜材料，用于纳滤过程，甚至是气体分离。采用溶胶－凝胶技术进行陶瓷纳滤膜的研究取得了较多进展。1.3.3 溶胶－凝胶技术溶胶－凝胶技术主要是通过调整材料尺寸控制陶瓷分离层的分离精度。溶胶－凝胶法可以制备出平均粒径几百纳米至几纳米的溶胶，得到的膜层孔径小、孔径分布窄，适用于高渗透选择性的超滤膜和纳滤膜的制备。1.3.4 修饰技术溶胶－凝胶法制备小孔径超滤膜已经商业化，为了进一步提升膜的渗透与分离性能，研究者们也一直研究减小陶瓷膜孔径和改善孔径分布的修饰技术。实现陶瓷膜的修饰可以采用化学气相沉积法、超临界流体沉积技术、原子层沉积技术和表面接枝技术。这些调控孔的手段不仅可以修复可能存在的大孔缺陷，提高膜的稳定性[10]，可以进一步减小膜的孔径，提高膜的分离精度。 目前膜蒸馏用膜主要为疏水性高分子材料直接制得的疏水微孔膜。如能通过疏水性将水性微孔膜改性制成疏水微孔膜，将大大拓宽疏水微孔膜材料来源，以弥补疏水性材料不足的缺点。1.4陶瓷膜有机硅疏水改性原理接枝改性技术是首先对无机陶瓷膜表面进行修饰，是膜表面带有某种官能团，然后通过技枝聚合将聚合物共价连接到基体的技术。由于基体表面存在大量羟基（-OH）大部分陶瓷膜具有亲水特性。一般用硅烷作为改性剂，X是可解的基团，如卤基，氨基，酰基，烷氧基，R是不可水解基团，是陶瓷膜表面进行后续接枝聚合的活性点。目前，表面接枝技术较多地用来调节膜材料的表面性质［11-17］，对于具有较小孔径的膜，接枝过程也将改变膜的孔结构，达到减小孔径的目的。陶瓷膜表面一般会吸附水形成羟基团，可以通过接枝有机硅烷的方法在介孔膜表面修饰一层有机分子层。通过调控接枝分子的链长与官能团等特性实现调控孔径大小的目的，以获得特殊的表面性质以适应各种不同需要［18］。