文献综述

1.1课题背景

膜科学技术作为节能减排的高效共性支撑技术成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分，将在水、资源、能源、环境和传统技术改造等领域中实现节能减排总目标发挥关键性作用。

根据IUPAC推荐的标准，按照孔径范围膜可分为三类：大孔膜(孔径大于50nm)，中孔膜(孔径为2-50nm)，微孔膜(孔径小于2nm)。根据驱动力和分离物质的物理大小(截留分子量)，膜过程可分为微滤，超滤，纳滤，反渗透，透析，电渗析，渗透气化和气体分离^[1]。根据膜材料可分为天然膜和合成膜，其中合成膜又分为有机膜和无机膜。多孔无机膜具有化学稳定性好，机械强度大，抗微生物能力强，耐高温，孔径分布窄等聚合物分离膜所无法比拟的优点^[2,3]，在石油和化学工业、医药、冶金、环保等众多领域获得了广泛的应用，已成为膜领域发展最迅速、最具开发前景的膜材料之一。

通常所用的陶瓷膜材料包括AlO₂、TiO₂、ZrO₂、SiO₂，以及它们的复合物，TiO₂相对于γ-AlO₂ 和SiO₂具有突出的化学稳定性，不仅在液体超滤分离中表现出良好的渗透分离性能和耐酸碱性能，而且在高温气体分离、半导体、膜催化反应等方面有着广阔的应用前景，引起了人们广泛的关注和研究。

目前，制备TiO₂超滤/纳滤膜的方法是溶胶-凝胶法，具有工艺简单、过程易于控制、成本低等优点。它主要是通过对材料尺寸的调整来控制陶瓷分离层的分离精度。目前可以制备出几纳米到几百纳米的膜层，其孔径分布窄，渗透选择性高。其中，溶胶-凝胶法又可分为酸性和碱性环境，以往的文献报道大都集中于前者，过程的机理研究的也比较详细，而碱性环境下制备TiO₂陶瓷膜的报道则较少，过程机理也有待进行系统地研究。

1.2 课题意义

本研究就旨在对碱性环境下TiO₂溶胶转凝胶的过程进行研究，系统考察前驱体浓度、水钛比及温度对转凝胶过程的影响，并透过红外光谱跟踪过程中的结构变化，以此来探究弱碱性环境下TiO₂溶胶转凝胶的生长过程和机理，为制取更高工艺水平的TiO₂薄膜做铺垫。

1.3 溶胶-凝胶法

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。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料^[4]。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。