一种基于陶瓷膜的TiO制造技术

本发明专利技术属于膜技术领域，具体涉及基于陶瓷膜的TiO

【技术实现步骤摘要】
一种基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法
本专利技术属于膜
，具体涉及一种基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法。
技术介绍
膜蒸馏是一项膜分离与蒸馏相结合进行传质和传热的技术，利用膜两侧的蒸气压作为驱动力，推动高温侧的料液蒸汽透过膜孔在低温侧进行冷凝收集。在膜蒸馏工艺运行过程中，高分子膜存在易污染和稳定性差、使用周期短等问题，因此现有技术的研究方向转向无机膜。相比于高分子膜，无机陶瓷膜具有优异的热稳定性和化学稳定性，可以在更为苛刻的环境下使用。在膜蒸馏中使用的膜材料必须为疏水膜，用来解决实际运行中所产生的污染问题，所以超疏水膜的制备是膜蒸馏技术中关键的环节。目前，对于蒸馏膜的疏水改性包括对膜本体和膜表面的改性，本体的改性主要通过共混的方式进行，表面的改性包括表面接枝和表面涂覆。在材料表面获得涂层以增加粗糙度的方法一般有：溶胶-凝胶法，通过溶胶凝胶研究技术可以获得薄膜、粗糙涂层、纳米晶体及其复合材料等；化学气相沉积法，化学气相沉积法是将气态反应物沉积在基底上形成非挥发性的固体膜的一项技术，膜的表面形貌主要由基底的形貌决定，但是通过选择气态反应物和调节反应条件也可以控制膜的表面形貌；相分离法，相分离法过程中溶剂种类、温度、凝固时间等因素，对固体上的孔或凸起的大小、形貌的影响较大。现有技术对无机陶瓷膜进行超疏水改性时，存在疏水性不持久、疏水纳米层易脱落等问题，从而使得膜材料在膜蒸馏工艺运行时易发生膜润湿，造成出水水质变差。因此，这些改性并未达到人们所期望的自清洁效果和膜应用的长效性。>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，包括以下步骤：(1)形成种子层，将钛酸四丁酯与乙酸、无水乙醇混合并搅拌，作为二氧化钛种子液，将陶瓷膜浸润到二氧化钛种子液中，然后提出陶瓷膜，并在400～500℃煅烧2～3h，在陶瓷膜表面形成种子层；(2)纳米生长，以钛酸四丁酯与盐酸溶液混合作为生长液，与表面形成种子层的陶瓷膜在高压反应釜中于130～150℃下保温14～16h，在陶瓷膜表面形成二氧化钛纳米棒；(3)疏水处理，将表面形成二氧化钛纳米棒的陶瓷膜浸入全氟十二烷基三乙氧基硅烷乙醇溶液，进行疏水化处理。根据本专利技术的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，步骤(1)在陶瓷膜表面形成二氧化钛种子层，为后续二氧化钛纳米棒的生长提供活性位点，增加基底与纳米棒的结合力；步骤(2)中，陶瓷膜上获得规整的二氧化钛纳米棒，增加了基底的粗糙度；步骤(3)中，在长有二氧化钛纳米棒的陶瓷膜上涂覆一层低表面能涂层，降低表面能，从而增加陶瓷膜的疏水性，实现长久的自清洁效果，减轻工艺运行中的膜污染和润湿等问题。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，“形成种子层”步骤中，向无水乙醇、乙酸溶剂中加入钛酸四丁酯进行搅拌分散处理，其中，无水乙醇、乙酸、钛酸四丁酯的体积比为30～40：4～5：3～4。本专利技术中，无水乙醇、乙酸、钛酸四丁酯采用特定的配比混合，促使钛酸四丁酯缓慢水解形成无色透明的溶胶，有效避免钛酸四丁酯水解过快，产生沉淀，在膜改性过程中堵塞膜孔。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，“形成种子层”步骤中，钛酸四丁酯与乙酸、无水乙醇在温度为30～40℃，搅拌速度为1000～1500r/min下分散10～20min。若钛酸四丁酯的分散温度过低，则水解速率变慢；若分散速度过低，则钛酸四丁酯的水解不够充分均匀；若水解的时间减少，则钛酸四丁酯水解不完全。本专利技术将都钛酸四丁酯与乙酸、无水乙醇在温度为30～40℃，搅拌速度为1000～1500r/min下分散10～20min，获得均匀透明的溶胶，从而得到覆盖在陶瓷膜表面的均匀种子层，增加基底与纳米棒的结合力。种子层溶液涂覆陶瓷膜后，在马弗炉中煅烧，有利于种子层在陶瓷膜上紧密结合，若煅烧温度低、时间短，则种子层在陶瓷膜上易脱落，不利于二氧化钛纳米棒的生长。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，“纳米生长”步骤中，按体积份数计，将1～3份钛酸四丁酯加入20～30份盐酸、25～35份去离子水中，混合均匀，得到所述生长液，其中，盐酸体积分数为30％～40％。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，“纳米生长”步骤中，在温度为20～30℃，搅拌速度为500～600r/min下分散20～25min，将钛酸四丁酯分散均匀。在制备生长液中，钛酸四丁酯在盐酸酸性条件下，形成一维的纳米棒结构，同时，合适的分散温度、速度和时间可使生长液进一步混合均匀，促使二氧化钛在密闭环境中形成均匀的一维纳米。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，“疏水处理”步骤中，所述全氟十二烷基三乙氧基硅烷(PDTS)乙醇溶液的体积分数为1～2vol％。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，“疏水处理”步骤中，所述陶瓷膜在全氟十二烷基三乙氧基硅烷乙醇溶液中浸润20～24h。根据本专利技术具体实施方式的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，“疏水处理”步骤中，陶瓷膜在全氟十二烷基三乙氧基硅烷乙醇溶液中浸润后，在120～130℃下保温2～3h。本专利技术的有益效果：通过本专利技术的改性方法获得的修饰膜与水的接触角大于150°，具有稳定的超疏水表面，易清洁，可以一定程度上解决膜蒸馏运行中的污染问题；基于TiO2纳米棒修饰的陶瓷膜具有优秀的热力和机械稳定性，且能够耐酸碱；将修饰膜运用于膜蒸馏工艺3h，出水电导率、通量降低速率均小于原膜。附图说明图1为AHC-TiO2(NR)-PDTS修饰膜膜表面SEM和效果图；图2显示AHC-P膜和TN-AHC-P膜的水表面接触角；图3显示AHC和TN-AHC-P膜的孔径分布情况；图4显示AHC-P膜和TN-AHC-P膜在膜蒸馏运行中的电导率和渗透通量变化情况，其中，(a)为AHC-P膜，(b)为TN-AHC-P膜；图5显示TN-AHC-P膜在酸性去离子水中浸泡时的接触角变化情况。具体实施方式制备实施例1步骤1：制备种子层将钛酸四丁酯、乙酸和无水乙醇按体积份数计，分别称取30～40mL无水乙醇、4～5mL乙酸、3～4mL钛酸四丁酯混合，在温度为30～40℃，搅拌速度为1000～1500r/min下分散10～20min，搅拌至透明状胶体。将氧化铝陶瓷膜充分浸润在钛酸四丁酯的种子层溶液中，待浸润均匀后，匀速、缓慢提出液面，置于马弗炉中煅烧，温度为400～500℃，时间为2～3h。重复上述过程2次，获得附有种子层的“TS-AHC膜”。在该实施例中，对钛酸四丁酯进行搅拌分散处理，即在无水乙醇和乙酸溶剂中加入钛酸四丁酯，钛酸四丁酯、乙酸和无水乙醇按体积份数混合，优选为，30mL无水乙醇、4mL乙酸、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于陶瓷膜的TiO

【技术特征摘要】
1.基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
形成种子层，将钛酸四丁酯与乙酸、无水乙醇混合并搅拌，作为二氧化钛种子液，将陶瓷膜浸润到二氧化钛种子液中，然后提出陶瓷膜，并在400～500℃煅烧2～3h，在陶瓷膜表面形成种子层；
纳米生长，将钛酸四丁酯与盐酸溶液混合作为生长液，生长液与表面形成种子层的陶瓷膜在高压反应釜中于130～150℃下保温14～16h，在陶瓷膜表面形成二氧化钛纳米棒；
疏水处理，将表面形成二氧化钛纳米棒的陶瓷膜浸入全氟十二烷基三乙氧基硅烷乙醇溶液，进行疏水化处理。


2.根据权利要求1所述的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，其特征在于，“形成种子层”步骤中，向无水乙醇、乙酸溶剂中加入钛酸四丁酯进行搅拌分散处理，其中，无水乙醇、乙酸、钛酸四丁酯的体积比为30～40：4～5：3～4。


3.根据权利要求1或2所述的基于陶瓷膜的TiO2超疏水改性方法，其特征在于，“形成种子层”步骤中，钛酸四丁酯与乙酸、无水乙醇在温度为30～40℃，搅拌速度为1000～1500r/min下分散10～20min。

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【专利技术属性】
技术研发人员：贠延滨，董爽爽，李萌，
申请(专利权)人：北京林业大学，北京新林水务科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11