應(yīng)用于微濾方面的低成本陶瓷膜的制備與表征

應(yīng)用于微濾方面的低成本陶瓷膜的制備與表征［摘要］當(dāng)前，復(fù)合陶瓷膜的研究旨在制備穩(wěn)定、低成本的微濾膜。本文報(bào)道了一種穩(wěn)定、低成本陶瓷膜的制備，它的主要配方是基于高嶺土和其他像石英、碳酸鈉、碳酸鈣、硼酸和硅酸鈉等相對(duì)低成本的原料。本實(shí)驗(yàn)的處理溫度為850-1000°C，代替了以往無機(jī)陶瓷膜制備的煅燒溫度1100C。圓盤澆鑄膜(直徑52.5mm,厚4.5mm)主要通過TGA、XGD、SEM分析來表征，以此來評(píng)價(jià)最高燒結(jié)溫度對(duì)膜結(jié)構(gòu)、孔隙率和機(jī)械完整性的影響?？讖椒植?、孔隙率、膜的平均孔徑以及水和空氣的滲透實(shí)驗(yàn)用于研究膜的性能。結(jié)果顯示，在燒結(jié)溫度從850C到1000C升高時(shí)，膜的平均孔徑大小從550nm增加到810nm。然而，隨著溫度從850C到1000C的升高，膜的孔隙率42%降低到33%，其彎曲強(qiáng)度從3MPa升高到8MPa。膜的耐腐蝕性不隨溫度的改變而改變。根據(jù)原料的價(jià)格，驀地成本估計(jì)為$130/m2。因此，這些有良好特性的低成本膜將通過微濾和超濾技術(shù)為被廣泛應(yīng)用于化工和生化過程中。［關(guān)鍵詞］高嶺土；微濾；無機(jī)膜；燒結(jié)；低成本陶瓷膜1.引言在過去的二十年，膜技術(shù)研究的主要進(jìn)展已經(jīng)被大量報(bào)道。由于高通量、低成本膜的使用，大量的應(yīng)用主要是化工和生化過程的微濾和超濾技術(shù)，這些過程被認(rèn)為經(jīng)濟(jì)性競爭非常激烈。在膜技術(shù)方面的現(xiàn)有的和進(jìn)一步的研究都在于擴(kuò)大膜高溫處理的范圍(Sourirajan,1970;Yoshinoetal.,2005)和耐腐蝕性原料(Wangetal.,2006)。這些膜能夠在高溫下處理，有較高的耐腐蝕性和耐壓力(Sourirajan,1970;Meares,1976;CuperusandNijhuis,1993;DeFriendetal.,2003;Yoshinoetal.,2005;Wangetal.,2006。無機(jī)對(duì)稱復(fù)合膜的制備的基礎(chǔ)研究主要是關(guān)于無機(jī)原料的形態(tài)學(xué)、穩(wěn)定性和孔隙結(jié)構(gòu)的組合影響。另一方面，這些研究的理想結(jié)果是找到有良好熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和分離特性的膜不同成分組成的最優(yōu)配方。無機(jī)膜制備的早期研究主要是使用 a-氧化鋁，這是膜制備過程中比較昂貴的原料(DeFriendetal.,2003;Yoshinoetal.,2005》再后來的研究是關(guān)于像y-氧化鋁、二氧化鋯、二氧化鈦和二氧化硅這些無機(jī)材料的使用(Tsuru,2001;Falamakietal.,2004;Yoshinoetal.,2005;Wangetal.,2006)。然而，這些原料的成本都相對(duì)比較昂貴，因而成為膜在工業(yè)應(yīng)用中一筆主要的操作成本。針對(duì)膜成本這一難題，關(guān)于無機(jī)膜制備的近期研究主要是比較廉價(jià)的原材料像磷灰石粉(Masmoudiaetal.,2007)、飛灰(Saffajetal.,2004)、天然粘土(Saffajetal.,2005,2006)、白云石和高嶺土(Almandozaetal.,2004;Bouzeraraetal.,2006)等。在這些無機(jī)原料中，高嶺土是一種重要的廉價(jià)原料，可以使穩(wěn)定無機(jī)陶瓷膜制備成本低一點(diǎn)°Potdaretal.(2002)andNeelakandanetal.(2003)已經(jīng)給出了最優(yōu)化的無機(jī)膜配方(濕基含量)是使用高嶺土(12.7wt.%)、塊狀粘土(16.1wt.%)、石英(23.6wt.%)、長石(5.1wt.%)、CaCO3(28.1wt.%)和葉蠟石(14.3wt.%)制備微濾級(jí)的無極膜。這些原材料，石英、長石和葉蠟石，比起高嶺土、塊狀粘土和CaCO3是比較貴的材料。同樣的方法，Belouateketal.(2005)報(bào)道了使用粘土(21wt.%)、高嶺土(35wt.%)、長石(20wt.%)和沙子(24wt.%)配制了最優(yōu)化無機(jī)膜配方(干基含量)，這種無機(jī)膜支撐體被用于廢水處理。該項(xiàng)研究中不同成分的燒結(jié)溫度為1100C，僅僅長石是相對(duì)比較貴的原料。通過以上文獻(xiàn)和其他相關(guān)研究結(jié)果可以得到如下結(jié)論：1)使用廉價(jià)的可替代的原料組分的必須的，這將會(huì)是無機(jī)復(fù)合膜方面研究的突破成果；2)如果使用昂貴的無機(jī)原材料制備陶瓷膜，這樣的配方應(yīng)該含有較少劑量的昂貴材料和大量的廉價(jià)原料；3)燒結(jié)溫度在1000C以下的無機(jī)膜需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。低于1000C的最高燒結(jié)溫度可以降低膜制備的成本；4)制備的膜應(yīng)該具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及良好的分離特性。本項(xiàng)研究報(bào)道了將石英、碳酸鈉、CaCO3、硼酸和偏硅酸鈉等無機(jī)原料加入高嶺土中制備的陶瓷膜。其中無機(jī)原料配方包括了較低含量的昂貴材料，如石英(15wt.%)，以及大劑量的廉價(jià)原料高嶺土(40wt,%)和CaCO3(25wt,%),這些廉價(jià)原料的燒結(jié)溫度一般在1000°C。我們還進(jìn)行了膜的結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)研究，以此來評(píng)價(jià)所制備陶瓷膜的一般特性。液體和氣體的滲透性試驗(yàn)是用來評(píng)價(jià)膜的性能。機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)是為了研究膜在高腐蝕性介質(zhì)中的應(yīng)用性能。最后，通過與市場中其他類似膜的比較，研究了所制備膜的成本。2.實(shí)驗(yàn)部分2.1.原料本實(shí)驗(yàn)用了6種不同的普通無機(jī)原料：高嶺土、石英、碳酸鈉、CaCO3、硼酸和偏硅酸鈉。不同的原料在其他發(fā)揮不同的功能：高嶺土提供了低塑性和高耐火性；石英提供了膜的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性；CaCO3表現(xiàn)出在燒結(jié)過程中形成的多孔結(jié)構(gòu)(CaCO3在高溫下分解為CaO和CO2)；碳酸鈉和硼酸作為膠黏劑提高了膜結(jié)構(gòu)中不同組分的均勻色散性；硼酸還通過燒結(jié)過程中偏硼酸鹽的生成增強(qiáng)了膜的機(jī)械強(qiáng)度；偏硅酸鈉作為粘合劑，在元素之間形成硅酸根鍵，提高了陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度。高嶺土和偏硅酸鈉(印度的CDH)；石英(ResearchLabFineChemIndustry,印度)；其他的四種(印度的默克公司)。所有原料純度至少為99.5%，使用過程不需要進(jìn)一步純化。高嶺土的主要成分是SiO2：46.5%；A12O3:39.5%andH2O:14%(濕基含量)。高嶺土的X衍射光譜(D8ADVANCE,BrukerAxs)如圖1所示。XRD光譜是與JCPDS數(shù)據(jù)庫文件(PDF-01-089-6538湘匹配，這表明該實(shí)驗(yàn)中所用的高嶺土是理想的高嶺土(A12Si2O5(OH)4)0主要無機(jī)原料(高嶺土、CaCO3、石英)的粒度分布分析如圖2所示，圖2表明，幾乎90%粒子直徑在10gm以下。高嶺土、CaCO3、石英的平均粒徑分別為2.37gm，4.108gm和8.4pm。2.2.膜的制備膜的制備過程開始步驟是各種干無機(jī)原料的充分混合，并在混合物中加入蒸餾水使其形成膏狀，然后使用一SS316環(huán)(直徑55mm，厚5mm)將膏狀物在直徑55mm，厚5mm的圓盤石膏上澆鑄。然后將環(huán)慢慢移走，并將膏狀物在2kg的分布?jí)毫ο卤３?4h，目的是為了防止膜矩陣的變形和保持均勻性。膏狀物需要經(jīng)過兩個(gè)不同的連續(xù)熱處理，第一步，這一圓形的磨具在室溫下干燥24h，然后再熱空氣烤箱于100C干燥12h，此后在250C下干燥24h在100C到250C的轉(zhuǎn)移中，低的加熱速率是為了消除由于水分損失所造成的熱應(yīng)力的干擾。第二步，膜的加熱從250C加至所需的燒結(jié)溫度，加熱速率為2C/min。然后將膜燒結(jié)5h。膜的燒結(jié)需要在四種不同溫度下，分別為850C、900C、950C和1000C，其目的是為了驗(yàn)證燒結(jié)溫度對(duì)膜特性的影響。接下來的冷卻通過按照大氣冷卻過程進(jìn)行，關(guān)閉先前在所需溫度的馬弗爐。燒結(jié)之后，膜具有堅(jiān)硬、粗糙的多空結(jié)構(gòu)，然后需要用SiC砂紙打磨，使膜的變成一結(jié)構(gòu)光滑、平整的、直徑52.5mm、厚4.5mm的微濾膜。2.3.表征技術(shù)TGA和DTA用于膜的結(jié)構(gòu)表征，SEM、滲透實(shí)驗(yàn)、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性分析用于膜的形態(tài)學(xué)分析?；旌蠘悠返腡GA和DTA(TGASDTA851e,MettlerToledo是為了驗(yàn)證在不同燒結(jié)溫度中材料熱轉(zhuǎn)移的不同。XRD分析是為了評(píng)價(jià)物相轉(zhuǎn)變的程度。SEM(LEO1430VP,Oxford)是為了分析可能缺陷的存在，估計(jì)膜的孔徑。比表面測試儀(SA3100,BeckmanCoulter)用于測量在77K時(shí)氮的吸附等溫線，在測試之前，需要對(duì)樣品進(jìn)行脫氣處理(55K下放置5h)o在等溫吸附過程獲得微孔和大孔，SEM圖中平均膜孔徑的測量需使用ImgeJ軟件(Version1.37)o開孔率的計(jì)算是用阿基米德法用水作為潤濕液體。膜的性能和膜內(nèi)部缺陷的存在用液體和氣體通量表征。滲透實(shí)驗(yàn)需要組裝一容量為125m1的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置(如圖3所示)包括一有聚四氟乙烯底盤的聚四氟乙烯管式腔，底盤包括膜顆。去離子說從頂部加入管狀部分，將膜放置在聚四氟乙烯套管中，并用環(huán)氧樹脂密封，然后放置在膜殼上。這一部分用壓縮空氣加壓。液體滲透實(shí)驗(yàn)的流率的測量使用一數(shù)字體重計(jì)，透氣性試驗(yàn)的出口需安裝一氣體流量計(jì)，用來測量在不同跨膜壓降下的氣體流速。液體滲透率和相應(yīng)的孔徑也可以測得。所有的滲透實(shí)驗(yàn)需在25°C下進(jìn)行。膜的耐腐蝕性是通過將膜通過濃鹽酸和濃氫氧化鈉來測量。在腐蝕前后膜的EDX分析是為了驗(yàn)證其成分組成的變化。膜的機(jī)械強(qiáng)度用三點(diǎn)彎曲載荷的方法進(jìn)行測量。所有的定量試驗(yàn)至少需要準(zhǔn)備四個(gè)不同的膜樣品。3,結(jié)果與討論3.1結(jié)構(gòu)表征3.3.1.熱重分析熱分析的目標(biāo)是為了驗(yàn)證膜質(zhì)量損失主要發(fā)生的溫度范圍。通過研究，對(duì)不同溫度對(duì)膜的多孔結(jié)構(gòu)、孔徑和機(jī)械強(qiáng)度的影響的分析有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)?；旌戏勰┑腡GA和DTA分析結(jié)果如圖4所示，其中混合粉末的熱重分析需要在a氧化鋁坩堝中從室溫到1000C以10C/min的加熱速度加熱干無機(jī)混合物。從圖4中可以看出，由于復(fù)雜相變的存在和相互干擾，其分析結(jié)果呈現(xiàn)高度非線性化，總的質(zhì)量損失為28.5%。在105C以上質(zhì)量損失大約為2.5%，這是由于樣品混合物中弱結(jié)合水分子的消除。在DTA曲線上在105C時(shí)觀察到一吸熱峰，這代表特定的水損失。在105C-400C之間樣品的質(zhì)量損失在4%附近，這在一定程度上是與高嶺土的預(yù)脫水處理和硼酸中結(jié)晶水的脫水作用有關(guān)。高嶺土的預(yù)脫水發(fā)生，是因?yàn)榘嗣骟w層的重組，這首先發(fā)生在OH根的表面(BalekandMurat,1996)。DTA曲線的第二個(gè)吸收峰是在513C時(shí)結(jié)構(gòu)羥基的損失，這是由于高嶺石轉(zhuǎn)化為偏高嶺石的原因，反應(yīng)如下：AlO-SiO-2HO(高嶺石)一ALO/2SiOJ偏高嶺石)+HO (1)23 22U、i/23 2"u、i/2在730C時(shí)生成了CO2(增強(qiáng)了膜的孔狀結(jié)構(gòu))，與663C-745C的溫度范圍內(nèi)10%的失重一致，這是因?yàn)樵诖藴囟确秶l(fā)生了CaCO3的煅燒。NaCO3的煅燒在800C開始，結(jié)束于843C，這與TGA曲線上這一溫度范圍較低的質(zhì)量損失一致。這兩個(gè)煅燒的溫度范圍分別通過CaCO3和NaCO3樣品對(duì)比試驗(yàn)得到證實(shí)。從TGA曲線可以看出在843C以上樣品的質(zhì)量損失很少很少。由此表明膜制備的最低燒結(jié)溫度應(yīng)該在843C以上。3.1.2相表征的XRD分析TGA-DTA分析結(jié)果表明在燒結(jié)溫度843C以上幾乎沒有什么質(zhì)量損失。為了證實(shí)這一假設(shè)，我們做了燒結(jié)溫度在843C以上膜結(jié)構(gòu)的X線衍射分析。四種不同樣品在燒結(jié)溫度分別為25C、850C、900C和1000C時(shí)在馬沸爐中燒結(jié)5h的X線衍射圖譜如圖5所示。由X線衍射圖譜中的峰和趨勢可以看出，無機(jī)混合物由高嶺石、石英和板硼石作為主要成分。在樣品燒結(jié)溫度為850C的X線衍射圖可以看出高嶺石的峰消失了，是由于高嶺石轉(zhuǎn)化為偏高嶺石的原因。就此可以解釋，偏高嶺石的形成對(duì)應(yīng)于513C時(shí)TGA-DTA曲線趨勢。另一圖譜是霞石和石英，霞石(NaO,AlO,2SiO)是在850C時(shí)NaO和偏高嶺石反應(yīng)生成的(Wang2，23' 2^' 2etal.,1994)。在較高溫度下觀察到的峰表明850C-1000C之間沒有其他重要物質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生。X線衍射分析結(jié)果表明，850C的燒結(jié)溫度對(duì)膜的制備是足夠了。所有圖譜中石英的峰都基本沒有變化，說明石英對(duì)本實(shí)驗(yàn)中的無機(jī)原料的燒結(jié)溫度沒有影響。因此，本實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為無機(jī)膜的燒結(jié)溫度在850C以上。3.1.3表面形態(tài)學(xué)在不同燒結(jié)溫度處理的膜的SEM結(jié)果如圖6所示。所有膜都是粗造的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)。在較低溫度(850C和900C)處理的陶瓷基板具有高度的孔狀結(jié)構(gòu)(圖6a和b)，在950C和1000C

處理的膜將更加堅(jiān)固（圖6c和d）,這是由于在900°C以上分子凝聚在一起事膜表面變得致密。膜的孔隙率隨著燒結(jié)溫度的升高而減少。結(jié)果表明，膜沒有孔針裂紋，膜表最大的觀測孔徑為5pm。這些屬性使得此膜適合應(yīng)用于微濾技術(shù)。3.1.4孔徑的SEM分析孔徑是使用ImgeJ軟件在不同的孔分布區(qū)選取500個(gè)孔，通過電鏡掃描而測量的?？讖椒植己推骄讖椒植贾店P(guān)鍵取決于抽樣程序，通過軟件分析5個(gè)電鏡掃描圖。這些微孔是通過隨機(jī)選擇而來的。這些可以確保此孔徑分布代表了膜存在的孔狀結(jié)構(gòu)。不同孔徑直徑的百分比值表示的孔徑分布由圖7所示。來自膜的SEM分析的面積平均孔徑（《）通過膜的圓柱多孔結(jié)構(gòu)計(jì)算而得：EndEnd2ii0.5(2)(2)Enii=1其中：n-孔數(shù)目；4「第i個(gè)孔的直徑（pm）。膜的平均孔徑是由膜在燒結(jié)溫度為850C、900C、950C、1000C分別測得的孔徑0.55、0.70、0.78和0.81“m確定，這一溫度范圍是微濾技術(shù)的陶瓷膜范圍。隨溫度變化的孔徑分布如圖7所示。由圖7可以看出，在所有的溫度范圍，最大的孔數(shù)目百分比（35%-25%），孔徑在0.3-0.6pm之間。平均孔徑隨著燒結(jié)溫度的升高而增大，且孔徑分布同時(shí)變寬。這部分是因?yàn)樵谀Y(jié)溫度較高時(shí)，顆粒的生長使大孔的形成，小孔消失。3.2滲透實(shí)驗(yàn)3.2.1液體滲透無機(jī)膜的液體滲透實(shí)驗(yàn)是使用去離子水在批處理模式下進(jìn)行的。液體滲透率（R）、平均孔徑、孔隙率都可以通過實(shí)驗(yàn)測得。水滲透實(shí)驗(yàn)的跨膜壓降在0-250KPa（微濾范圍）。在使用新膜之前，薛永去離子水在310KPa（這比實(shí)驗(yàn)操作壓降高一點(diǎn)）的跨膜壓降下進(jìn)行膜壓實(shí)處理。在實(shí)驗(yàn)中，所有膜的膜通量先升高后降低，并在2h時(shí)降低到一穩(wěn)定值。在開始時(shí)，膜通量為9.6X10-5m3m-2s，最后在燒結(jié)溫度為900C達(dá)到穩(wěn)定值7.2X10-5m3m-2s。本實(shí)驗(yàn)需要測量隨著時(shí)間和燒結(jié)溫度的變化液體滲透體積。每隔10s測量膜通量，用來證實(shí)時(shí)間的變化對(duì)膜通量的影響，每個(gè)試驗(yàn)直至總的液體滲透量為80ml結(jié)束。在滲透實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為流量在10秒鐘不變。根據(jù)下式可以計(jì)算液體滲透率（L*）和平均孔徑（。）（Almandozaetal.,2004）。nnr4APJ=—8~i—=LAP其中：J-跨膜通量；AP-跨膜壓降；代水的粘度；血兀淳）-孔隙率；l-孔隙長度。平均孔徑（r）可使用下式計(jì)算，下式是由上式推導(dǎo)而來?！?皿］0.5HrJ其中孔隙率是通過比重瓶法測量的，膜的結(jié)構(gòu)密度、孔隙率、液體滲透率、平均孔徑隨著溫度的變化如圖8和圖9所示。隨著溫度的變化，膜的結(jié)構(gòu)密度、孔隙率變化如圖8所示，當(dāng)燒結(jié)溫度從850C升高到1000C時(shí)，結(jié)構(gòu)密度從1.26ml/g增加到1.36ml/g，而孔隙率從42%降低到33%。這是因?yàn)殡S著燒結(jié)溫度的升高，多孔結(jié)構(gòu)變得更加致密?？紫堵?、液體滲透率隨著溫度的變化如圖9所示。由圖9可以看出，隨著燒結(jié)溫度的升高，平均孔徑增大，液體滲透率也增加。相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道了其他粘土制備的無機(jī)膜也有相似的趨勢(Saffajetal.,2005;Bouzeraraetal.,2006)。3.2.2氣體滲透掃描電鏡的定性分析和液體滲透的定量分析研究只適合和解釋了膜結(jié)構(gòu)中大孔的存在。微孔的存在以及它們的貢獻(xiàn)作用并不能從這些分析獲得。因此，氣體滲透實(shí)驗(yàn)解釋了微孔膜結(jié)構(gòu)對(duì)整體膜通量的貢獻(xiàn)作用。_￡_基于這些氣體滲透數(shù)據(jù)資料，兩個(gè)膜表征：平均孔徑(r)和有效孔隙率(迎)，通過下式可g以計(jì)算(MarcheseandPagliero,1991)K=2.133矍旦+1.6二—plq2 1門q2其中：P-膜上的平均壓力；v(m/s)-氣體分子平均流速；l(m)-空隙長度；q-孔隙率；n(Pas)-氣體粘度；K(m/s)-有效滲透率，由下式計(jì)算而得(6)其中，S(m2)-膜的透水面積；Q(m3/s)-體積流量；P2-滲透邊的壓降；A尸-跨膜壓降。(5)式中，第一項(xiàng)是Knudsen滲透，后一項(xiàng)是粘性滲透，因此，方程5)可以看成是K與P的直線關(guān)系，斜率和截距分別代表粘性滲透和Knudsen滲透。斜率和截距值可以用來計(jì)算孔徑對(duì)孔的貢獻(xiàn)百分率，這是指粘度和Knudsen流傳輸機(jī)制。換句話說，陶瓷膜的氣體流量特性可以定量測量微孔孔徑分布。平均孔徑rg可以根據(jù)斜率(A)和截距(B)計(jì)算而得r=1.333Bvn (7)gA不同膜的流量隨平均壓降P(120-240KPa)的變化如圖10所示。在燒結(jié)溫度為850°C、900°C、950°C、1000C時(shí)，不同膜的氣體滲透率依次為2.08X103、3.34X103、，3.59X103、4.53X103m3m-2h-1MPa-1?？缒ね康挠嘘P(guān)參數(shù)如表2所示。由表2可以看出，根據(jù)理論分析得到平均孔徑在0.31-0.56gm之間，SEM分析中獲得的數(shù)據(jù)為0.55-0.81gm，這與從液體滲透實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)基本相近。表中有效孔隙率值在0.477-0.368之間，有效孔隙率是指在跨膜流動(dòng)時(shí)，實(shí)際的貢獻(xiàn)作用。由此來看，平均孔隙率0.42-0.33這與有效孔隙率相接近。在計(jì)算過程中，圓柱孔的假設(shè)是合理的，這與曲折率相差不大。然而，氣體滲透實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最重要的部分是由于Knudsen擴(kuò)散效應(yīng)和粘性擴(kuò)散引起的跨膜通量百分率。表2中900C時(shí)氣體流量、粘性擴(kuò)散占總流量的70%-81%，由此可以得出，在Knudsen擴(kuò)散主導(dǎo)的情況下，膜上70%-81%的孔有良好的孔徑1-20nm。膜結(jié)構(gòu)中微孔的存在的表面分析通過比表面積法(BET)測定。根據(jù)BET法測定的孔徑分布為3.65-148nm。燒結(jié)溫度為900C時(shí)，53.8%微孔的孔徑為3.65-10nm，25.63%微孔的孔徑為10-20nm。在其他的燒結(jié)溫度下的孔徑分布與之相同。因此，由氣體滲透特性推導(dǎo)出的假設(shè)也可以通過N2吸附/脫附分析得到證實(shí)。從其他膜的滲透分析中可以得到類似的結(jié)果，粘性通量流量占總流量的65-84%。因此，這些結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)前期報(bào)道的孔徑分布于此是一致的。因此由于克努森擴(kuò)散，孔徑范圍在1-20nm的微孔只有20%-30%的孔徑對(duì)傳輸機(jī)制作出貢獻(xiàn)。由觀察到的氣體流量數(shù)據(jù)趨勢可以看出，氣體流量表征預(yù)測到的平均孔徑比液體流量表征(使用水或水銀)的小一些。這是由于液體滲透測定的孔不僅包括實(shí)際存在的孔，還包括其他非互聯(lián)的多孔空隙矩陣。然而，由于與微孔的液體運(yùn)輸有關(guān)的液體滲透更適合于微濾過程，因此膜最適合的平均孔徑是根據(jù)液體通量而非氣體通量。氣體通量表征適合于計(jì)算不同孔徑微孔的分布分率以及對(duì)膜總運(yùn)輸?shù)呢暙I(xiàn)(Almandozaetal.,2004)。3.3物理性能3.3.1化學(xué)穩(wěn)定性使用濃NaOH溶液(pH13)和濃HCl(pH1.5)做在不同溫度燒結(jié)的微濾膜的抗腐蝕性實(shí)驗(yàn)。膜的耐化學(xué)性測量，是通過測量膜在連續(xù)7天放置于上述溶液的質(zhì)量和干燥后膜的凈重?fù)p失。此外，要對(duì)酸或堿處理前后的孔隙率進(jìn)行測量，以核實(shí)膜暴露在腐蝕性環(huán)境孔隙率的變化。對(duì)于所有的燒結(jié)溫度下的膜重?fù)p失不顯著，不到4%。然而，對(duì)于HCl和NaOH處理的所有膜，膜的孔隙率增加了8%。900°C燒結(jié)的陶瓷膜的腐蝕試驗(yàn)前后能譜分析如表3所示。由此可以推斷，在酸性和堿性介質(zhì)中，膜的元素組成幾乎是相同的。其他燒結(jié)溫度下獲得數(shù)據(jù)與此類似。因此，在失重和腐蝕試驗(yàn)的EDX分析中觀察到的趨勢，證明該膜具有優(yōu)良的耐腐蝕性，適合涉及酸性和堿性介質(zhì)微濾應(yīng)用過程。高嶺土和磷灰石為基礎(chǔ)的低成本膜的類似耐化學(xué)性趨勢已被報(bào)道(Wangetal.,1994)(Saffajetal.,2004*3.3.2機(jī)械強(qiáng)度采用三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行制備的膜的機(jī)械強(qiáng)度測定。膜在不同燒結(jié)溫度下的抗彎強(qiáng)度如圖11所示。由圖中可以看出，隨著燒結(jié)溫度升高(1000C)的抗彎強(qiáng)度增加，由850C的3MPa增加至1000C的8MPa。機(jī)械強(qiáng)度的增加是由于燒結(jié)溫度的升高增加了粘土材料的致密化。這個(gè)結(jié)果與文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)的趨勢吻合良好(Saffajetal.,2004;Bouzeraraetal.,2006)。4.膜成本膜分離技