文献综述

1.1课题背景及意义

陶瓷膜具有优异的耐高温和抗腐蚀性能被广泛用于水处理、食品、医药等行业，ZrO2材料由于其更好的热稳定性和化学稳定性而受到广泛关注。 本工作在对ZrO2陶瓷超滤膜制备中，对膜制备过程中存在的问题进行分析，提出选择价廉易得的ZrOCl2为前驱体，乙二醇为分散剂，通过溶胶凝胶法制备出锆溶胶进行多次涂膜，制备出2～6nm陶瓷超滤膜。

1.2溶胶-凝胶法简介

溶胶凝胶法是制备超微颗粒催化剂的一种湿化学方法。它就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。溶胶凝胶法的特点是用液态化学试剂(或将粉状试剂溶于溶剂中)或溶胶为原料，而不是用传统的粉状物体。该方法与传统烧结法和熔融法相比有很多优点。特别是通过液相的化学途径, 在制备材料初期, 便于精确控制材料组份达到设计的化学配比, 实现材料组份的均匀性达到亚微米级、纳米级甚至是分子级水平; 通过液相过程实现其它工艺途径无法达到的多元组份材料和复合材料; 从材料微观结构入手, 如嫁接、嵌接和精细复合等, 实现材料特性的”剪裁”(tailor)等, 因而得到科技界和企业界的高度重视和极力推荐。反应物在液相下均匀混合并进行反应，溶胶生成和向凝胶的转变往往与水解缩聚反应相伴随，因此通过控制pH值与反应温度等可变参量，可以实现对溶胶粒子生成率、溶胶粒子的形态、溶胶转变为凝胶的变化时间以及凝胶结构的控制，进而影响颗粒的最终性能。溶胶凝胶法通过前驱体的水解(或醇解)或者离子的络合，使反应物达到分子水平的分散，而且整个过程中除了有机成分外，并未引入新的不易除去的金属离子。因此溶胶凝胶法具有产品纯度高、粒度均匀细小、烧结温度低、反应过程易于控制等特点。

1.3 ZrO2超滤膜简介

自二十世纪70年代以来,膜分离技术在工业的各个领域得到越来越广泛的应用。在膜材料中由于无机陶瓷膜具有高机械强度、耐腐蚀、耐污染、耐氧化等优异性能,而受到了广泛的重视[1]。氧化锆膜不仅具有良好的化学和热稳定性、高的机械强度等目前开发应用的氧化铝、氧化硅等无机陶瓷膜所具有的共性外，还兼有高熔点、低导电率、高离子导电能力以及催化性能和选择透氧的特性。另外，氧化锆薄膜具有良好的光学性能（如高折射率、低吸收率）和高的介电常数，使它在气体、液体分离、催化反应、燃料电池、光波导器件等领域的应用受到越来越多的关注[2，3]。

1.4 ZrO2超滤膜的制备方法

1.4.1 固态粒子烧结法

固态粒子烧结法制备氧化锆膜时，一般是直接将一定粒径分布规格的氧化锆粉末配制成一定浓度的水或有机溶剂（如丙酮或醇等）的悬浮液，并加入一定比例的PVA 等高分子添加剂，然后在多孔支撑体上浸浆涂膜，再于一定的温度下干燥并烧结而制得氧化锆膜。其工艺流程如下图所示：

郝艳霞[4]用硬脂酸溶胶凝胶法制备了氧化锆（ZrO2）、钇稳定氧化锆（YSZ）的纳米晶粒，并采用固态粒子烧结法制备了管式担载 YSZ 膜。所制的YSZ 膜最可几直径为87nm，孔径主要集中在20-100nm。