TiO2-纳米凹凸棒石陶瓷微滤膜烧结工艺研究(2)

菜单

无机陶瓷膜的应用领域主要有：(1)在水处理中的应用，如海水淡化预处理、生活污水和工业废水处理等多个领域[6]；(2)混合气体的净化及分离，如高温烟气中二氧化硫的脱除，炼油厂尾气中氢的回收等[7,8]；(3)膜催化反应器，如将多孔陶瓷装置装在汽车排气管中，可将氮氧化物等有害气体转化成无害气体排除，从而达到净化空气的目的[9-11]。

无机陶瓷膜的发展可分为三个阶段：用于铀的同位素分离的核工业时期；以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离时期；以膜催化反应为核心的全面发展时期。经过这三个阶段的发展，陶瓷膜分离技术已初步实现产业化[12]。在国内，很多高校和科研院所参与了陶瓷膜的开发研究，并成功开发出陶瓷微滤和超滤膜规模生产技术，陶瓷膜产品已在食品工业、环境工程、化学工业、生物工程、石油化工、治金工业等领域都得到了广泛的应用[13-15]。在国外，陶瓷膜产品的产业化、商业化程度已达到较高的水平，其中美国、法国、日本等在陶瓷膜的开发和应用方面发展极为迅速。采用无机膜强化反应过程的膜催化技术以及高温气体膜分离技术已成为多学科的研究热点。

1.2 二氧化钛

二氧化钛是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度等优点，一般分锐钛矿型(Anatase，简称A型)、金红石型(Rutile，简称R型)和板钛矿型(Brookite，简称B型)三种。二氧化钛性质稳定，粘附力强，不易起化学变化，可由金红石用酸分解提取或四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，具有与锌白(化学成分是氧化锌)一样的持久性和良好的遮盖能力，在陶瓷膜的制备中添加二氧化钛溶胶可以大大提高膜层的渗透性能，制备出高强度和高孔隙率的TiO2-纳米凹凸棒石陶瓷微滤膜[16]。二氧化钛广泛应用于塑料、造纸、涂料、印刷油墨、橡胶、化纤、化妆品等工业。它的熔点很高，也被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

1.3 凹凸棒石

凹凸棒石又名坡缕石(Palygorskite)，简称凹土(Attapulgite)，是一种以含水富镁硅酸盐为主的层链状结构的粘土矿物[17]。凹凸棒石粘土是指以凹凸棒土为主要矿物成份的一种稀少的天然非金属粘土矿物，隶属于海泡石族。具有无毒、无味、化学性质稳定、易干燥、硬度低等优点，其结构如图1所示[18]，理论化学式为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O[19]，其基本结构分为3个层次：(1)基本结构单元为棒状或纤维状单晶体；(2)由单晶平行聚集而成的棒晶束；(3)由晶束(包括棒晶)相互聚集堆砌而形成的各种聚集体。由图1可知，结构中含有表面吸附水、晶体结构内部孔道中的沸石水和位于孔道边部面体层中间的阳离子结合的结构水。

凹凸棒石的晶体结构

图1 凹凸棒石的晶体结构[18]

凹凸棒石具有许多特殊的物理化学及工艺性能：(1)凹土具有良好的胶体性质和水悬浮性质，可用于悬浮剂、触变剂等领域；(2)凹土的比表面积大，使之具有特殊的选择性吸附作用，如在水处理中，凹土可吸附多种重金属离子、染料、酚类物质等；(3)凹土还具有良好的可塑性和吸水性，可用于制备超强吸水剂；(4)凹土本身可以作为催化剂使用，同时也可作为优良的催化剂载体。此外，凹土还具有良好的填充性能。

我国1976年在江苏六合小盘山首次发现凹凸棒石粘土矿，随后在江苏、山东、安徽、辽宁等地探明许多凹凸棒石粘土矿点[20-22]，产量以江苏盱眙居首位[23]。凹凸棒石粘土是一种结构独特、性能优异的非金属黏土矿物，其价格低廉，特性突出，在石油、化工、医药、农业和建材等领域已经得到广泛应用[24]。有“千土之王” 、“万用之土”等美誉[25]。论文网