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王黔平，郭琳琳，田秀淑

摘要：分别以异丙醇铝和硝酸铝为铝源制备铝溶胶，并进一步制得铝系无机膜。对两种路线制备铝溶胶的工艺过程、溶胶性能及制得的铝系无机膜进行比较。

关键词：无机盐法；醇盐法铝溶胶；Al₂O₃无机膜

前言

    无机陶瓷膜作为一类重要的结构和功能材料越来越受到高度重视，并在水处理方面得到很好的应用。溶胶一凝胶法由于具有工艺设备简单、成本低廉、化学成分可控、可在相对低温下制备高纯、小孔径的陶瓷薄膜等优点，被普遍认为是制备复合陶瓷膜的最有效的方法之一。根据初始原料的不同，溶胶一凝胶过程可分为两种途径：有机途径和无机途径。前驱体一般分别是有机金属化合物或无机盐类。由于醇盐的局限性及其成本过高的缺点，近年来，采用无机盐为先驱体的溶胶一凝胶法较多，由于其价格上的优势越来越受到人们的重视。

1．实验过程

1．1．实验药品及设备

    实验药品：异丙醇铝（C₉H₂1A10₃）、异丙醇、硝酸铝（A1（NO₃）₃9H₂O）、氨水(NH₃·H₂O)、硝酸（HNO₃）、SiO一Zr0₂溶胶。

    实验设备：增力电动搅拌器、电热恒温水浴锅。

    性能及结构表征：用分光光度计测定溶胶在波长为420 Bin下的吸光度值，相对的表示溶胶的透明度，用偏光显微镜观察胶粒大小、用扫描电子显微镜（SEM）观察膜的微观形貌，通过SEM照片量取一定数目孔的直径，得到膜的实际几何孔径分布和平均孔径。A1OOH溶胶制备装置如图1所示。

1．2．醇盐路线制备铝溶胶

    以异丙醇铝为原料，将异丙醇铝溶于异丙醇，溶液在85℃高速搅拌的过量蒸馏水中水解，加入适量的硝酸作胶溶剂，将形成的水解产物在一定温度下胶溶。老化一定时间，形成勃姆石AIOOH溶胶。

1．3．无机盐路线制备铝溶胶

    以A1(NO₃)₃作为提供铝溶胶的原料，氨水为催化剂。将1mol／L的氨水水浴加热至85～90℃，然后再加入等当量1mol／L的A1(NO₃)₃促使其水解，反应1h后加入HNO₃促使其沉淀胶溶。继续老化至16h为止，得到澄清的AIOOH溶胶。

1．4．无机膜的制备

    将制备好的SiO₂一Zr0₂溶胶加入到AIOOH溶胶中，混合搅拌2～3h后即得到复合溶胶。将复合溶胶浸涂于多孔陶瓷管表面，经干燥、焙烧后得到无机膜。

2 结果与分析

2．1 2种工艺过程的比较

    2种路线制备AlOOH溶胶的工艺过程及性能比较见表1。

    在醇盐路径中，异丙醇铝需先溶于异丙醇形成溶液，然后进一步水解，在水解初期，作为溶剂的异丙醇需蒸发除去。实验中通过延长水解时间，缩短老化时间，已经缩短了醇盐溶胶一凝胶法的周期。醇盐法能够在较低合成温度下得到具有良好均一性、高纯度的产品。无机盐路线中，将原料直接配制成所需浓度水溶液，工艺过程简单，周期更短。一般的无机盐溶胶一凝胶过程要对生成的沉淀进行水洗，以除去附加产生的盐，必将造成原料损失，本实验中无需这一步骤，因为反应产生的硝酸氨对溶胶形成没有明显的不良影响，且在热处理过程中，硝酸氨将于320℃分解，但AlOOH溶胶的制备用滴加法，其不宜用于大生产。

2．2 2种路线制得溶胶性能的比较

    如表1所示，通过对2种路线制得的溶胶进行表征，发现醇盐路线制的溶胶胶粒更小，溶胶稳定性更好，透明度更高。

    无机盐路线中，是采用滴加的方式将硝酸铝加入到氨水溶液中。实验发现，将氨水滴加到A1(NO₃)₃溶液中时，刚刚加入时溶液中会出现沉淀，搅拌后沉淀迅速消失，溶液重新澄清透明。直到氨水加入量为同浓度A1(NO₃)₃溶液体积的2倍时，沉淀才不会继续溶解。从反应式可以看出：

    A1(NO₃)₃+NH₃H₂0一Al(OH)₃+NH₄NO₃(1)

    由于Al(OH)3具有两性特征，溶液偏酸性时，Al(OH)3不会继续发生水解，上述反应将逆向进行；但当A1(NO3)3加入到氨水中，此时反应过程是在碱性条件下进行的，A1(OH)，会发生如下的水解反应，生成稳定的AIOOH沉淀，且该反应不可逆。

    A1(OH) —— AlOOH+H₂0(碱性) (2)

    因此，只能将Al(NO₃)₃滴加到氨水中，才能制得稳定的勃姆石沉淀。由于滴加时生成的沉淀可以在搅拌下均匀分散，避免了团聚。所以得到的胶粒也均匀细小，溶胶稳定性高，透明度好。

2．3 2种路线制备铝系无机膜的比较

    由图2可以看出，无机盐先驱体制备的复合膜与醇盐先驱体所制备的膜微观形貌相似，膜表面由片状粒子连接而成。醇盐路线制得的无机膜孔径较大，为4—5μm，单位面积孔的数目较少。通过对无机盐路线工艺过程的调整，可制得孔径为2—3μm且分布较均匀，使单位面积孔的数目更多，见图2(b)，这样即可达到更精细的过滤效果。

    醇盐法能够在较低合成温度下得到具有良好均一性、高纯度的产品，但价格昂贵。无机盐法以硝酸铝和氨水为主要原料，价格低廉，且工艺过程简单，周期短，制备铝溶胶仅需16h。生产应用中采用何种方法还需根据各自特点和需要来决定。