[发明专利]一种疏水、疏油ZrO2纳滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和薄膜制备技术领域，具体涉及一种疏水、疏油ZrO₂纳滤膜的制备方法。

背景技术

膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。膜分离方法一般在室温下就可以进行，低污染等优点，且具有分离装置简单，操作容易且易于控制，便于维修，分离效率高等优点。因此被广泛应用于水处理、食品饮料、医药、化工、电子、能源及环保等领域。膜分离技术被认为是“20世纪到21世纪中期最具有发展前途的高新技术之一”。但是，随着各行业的飞速发展，对分离膜和膜分离过程操作条件的要求也越来越高。开发具有良好的耐酸碱腐蚀性、耐高温性、污染小、易清洗、寿命长的分离膜，已成为科研人员研究的热点。

目前商业上的滤膜主要以有机超滤、纳滤膜为主，可是其机械强度、抗污染、寿命等性能方面都需要改善。金属多孔基体陶瓷超滤膜与有机超滤膜相比，具有热稳定性好，化学稳定性好等优点，且使用寿命长，因此受到越来越多的关注与研究，其制备与应用性能研究已成为各国竞相研究的焦点。

目前，商品化的多孔陶瓷膜大多采用溶胶-凝胶法制备，且可以获得孔径小于纳米级的陶瓷超滤膜。但是，溶胶-凝胶法制备的陶瓷膜在涂抹、干燥、煅烧等过程中膜层较易破裂、且形成针孔等问题阻碍其大规模应用的最大障碍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种疏水、疏油ZrO₂纳滤膜的制备方法。该方法将溶胶-溶剂热法制备纳米材料技术与固态粒子烧结技术结合在一起，低温制备ZrO₂纳滤膜，制备出的ZrO₂纳滤膜的膜层孔径分布范围为30nm～120nm；金属基ZrO₂纳滤膜与水的接触角为115°～137°，与油的接触角为112°～128°。在金属基ZrO₂纳滤膜的外侧温度为80℃，内侧的真空度为2×10^-3Pa～7×10^-3Pa的条件下，分离模拟海水的通量为200L/m³·h～500L/m³·h，且脱盐率不小于99%。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种疏水、疏油ZrO₂纳滤膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将氯氧化锆、三氯化钇、异丙醇和乙酰丙酮混合，在70℃～90℃的搅拌条件下反应5h～12h，向反应后的反应物中加入双氧水，搅拌均匀，得到ZrO₂溶胶；所述异丙醇的摩尔量为氯氧化锆摩尔量的65～1300倍，乙酰丙酮的摩尔量为氯氧化锆摩尔量的0.8～1.5倍；所述双氧水中过氧化氢的摩尔量为氯氧化锆摩尔量的2.5～3.4倍；所述ZrO₂溶胶中Y的摩尔量为Y和Zr摩尔量之和的3%～8%；

步骤二、将部分步骤一中所述ZrO₂溶胶置于高压反应釜中，在温度为120℃～180℃的条件下溶剂热处理5h～22h，烘干后得到尺寸为5nm～30nm的ZrO₂纳米粉；

步骤三、用异丙醇将剩余步骤一中所述ZrO₂溶胶稀释至ZrO₂的浓度为0.0005M～0.005M，然后向稀释后的ZrO₂溶胶中加入乙二醇，搅拌均匀得到分散剂；所述乙二醇的加入量为稀释后的ZrO₂溶胶和乙二醇总体积的90%～95%；

步骤四、将步骤二中所述ZrO₂纳米粉分散于步骤三中所述分散剂中，搅拌均匀得到涂覆液；所述涂覆液中ZrO₂纳米粉的质量百分含量为0.5%～3.5%；

步骤五、将步骤四中所述涂覆液涂覆到金属多孔管上，烘干后在500℃～900℃条件下烧结30min～180min，在金属多孔管上得到多孔ZrO₂滤膜；所述涂覆液的涂覆厚度为0.05μm～0.3μm；

步骤六、对步骤五中烧结后的金属多孔管重复步骤四直至多孔ZrO₂滤膜的厚度为2μm～80μm，得到金属基ZrO₂复合滤膜；