干燥过程中的变化趋势是:湿凝胶膜因为水和溶剂的影响,出现挥发,继而体积会大大缩减,此时出现开裂是不可避免的事情。对于这种变化趋势的原因进行探究:毛细管力在孔隙结构表面张力的作用下,会表现出大小不一致的情况,此时的应力是难以达到均衡状态的,压力差的出现,会使得凝胶收缩动作产生影响,开裂就是发展的必然趋势。一般情况下,如果实际使用的有机助剂,具备高沸点,低表面张力或者低蒸气压属性的话,就可以尽可能的减轻开裂问题的出现[13]。
溶胶一凝胶法在无机分离膜制备中的效能是比较明显的,其实现路径也是多样化的:其一,基体涂覆溶胶一凝胶法;其二,现场溶胶一凝胶法;其三,加压溶胶一凝胶法。采用最多的成膜方法是类似于陶瓷或搪瓷基体上釉的基体涂覆溶胶一凝胶法,此方法首先需要制备出粘度适宜的稳定溶胶,然后再将溶胶涂覆于支撑基膜上。由于溶胶与支撑基膜表面接触时基膜孔隙将产生一定毛细管吸力,部分溶胶流进支撑基膜孔隙中。因此,溶胶粘度与支撑基膜孔径的匹配则非常重要。若溶胶粘度非常大,则成膜厚且不均,因此在干燥和烧成过程中容易开裂;若溶胶粘度太小,则溶胶易进入基膜孔隙而成膜困难。通常,基体涂覆溶胶一凝胶法需经过多次涂覆一干燥一烧成的循环操作才可制备出无裂纹等缺点的分离膜。
原位溶胶一凝胶法制备无机分离膜不需要制备溶胶作为涂覆液,其制备过程是首先将支撑基膜浸入水中,依靠基膜孔隙产生的毛细管力使基膜孔隙中吸入醇盐水解所需要的水分,再让基膜需涂膜的表面与一定浓度的醇盐无水有机溶液接触,基膜中的水通过扩散在基膜表面与醇盐的无水溶液接触进行水解反应,形成与基膜结合良好的且均匀凝胶膜。凝胶膜经干燥和热处理即可得到支撑分离膜。文献综述
加压溶胶一凝胶法利是用特定的压力使纳米级胶粒构成的溶胶在基膜孔隙里填充、浓缩成凝胶,而基膜表面几乎没有凝胶膜形成。这种方法的优点在于,因其形成的湿凝胶体积受到基膜孔隙的限制,所以在干燥和烧成的过程中凝胶不容易开裂,且与支撑基膜的结合力明显增大。用加压溶胶一凝胶法制备无机膜应满足下列条件:①溶胶浓度较小,需明显浓缩后方可转变为凝胶状态;②溶胶的胶粒可以自由进入支撑基膜的孔隙内;③支撑基膜孔隙的大小与溶胶胶粒大小匹配,溶胶因受压在孔隙中转变为凝胶状态,且之前胶粒不会从基膜孔隙中穿出;④溶胶中胶粒的分散介质能迅速地从基膜孔隙中穿出;⑤在支撑基膜与溶胶接触侧能形成较为理想的非对称孔结构。满足上述条件时,与支撑基膜表面接触的溶胶由于受基膜孔隙产生的毛细管力的作用,将被吸入基膜孔隙中[14]。
在对溶胶施加一定压力时,因溶胶中胶粒通过基膜孔隙通道的速度往往比分散介质通过的速度慢得多,溶胶将被逐渐浓缩,并在孔隙通道入口处转变为凝胶状态。溶胶的属性为:粘合度不高,浓度点也偏低,也就是说其涂层形成基本环境是不要具备的[15]。
2。2 烧结法
烧结法,继承传统陶瓷工艺的优势,结合实际及需求实现对于无机分离膜的处理,其功效也是比较明显的。尤其在需求多孔陶瓷支撑体的时候,其效能就可以得到最大化的发挥[11]。为保证烧结法效能的发挥,其需要关注的细节主要有:其一,结合陶瓷原料粉体的材质,选择成分合理的,并且在技术控制基础上,实现颗粒形状,颗粒直径的遴选,适量添加助熔剂、增塑剂、粘合剂等,并经热压、浇铸等基本成型工艺成型,在一定的温度下即可烧结而成。在实际烧结的历程中,粉体颗粒之间的接触需要以烧结为基本条件,此时粉体之间很容易形成贯通的机制;注重对于粉体粒径和分布范围因素的关注,使得其控制在特定状态和范围下。另外,还需要对于影响孔径分布和大小产生影响的因素进行思辨,无论是颗粒形状,还是粒径,乃至是分布范围,再者是添加剂含量,亦或是添加剂种类,抑或是添加剂烧结温度,都应该将其控制在合理范围内