分離膜的制備及研究發展

陽極氧化法微孔氧化鋁分離膜的研制，先前多采用陽極氧化法，近十多年來這種工藝得到了不斷完善，其制備方法是以高純度金屬箔為陽極，在酸性電解質溶液中進行陽極氧化。陽極氧化法制備的膜包含兩個區域，一個是大面積的微孔層，另一個是屏障層。屏障層具有一定的毗連，實際起著支撐作用，陽極氧化法制備的膜呈很規則的直孔，孔徑均勻，形成六角形微孔網絡。
溶膠凝膠法以金屬醇鹽及其化合物為原料，在一定介質和催化劑存在的條件下，進行水解-縮聚反應，使溶液由溶膠變成凝膠，再經干燥、熱處理而得到合成材料的方法稱為溶膠-凝膠法。目前，該法已成為氧化鋁分離膜的主要制備方法，它不僅操作方便、設備簡單，更重要的是孔徑分布狹窄，孔徑大小可通過調節溶膠和熱處理過程來控制，分離效率高。適用超濾和氣體分離，另外，溶膠-凝膠法的成膜工藝的多樣性如浸涂、噴霧等，有利于適應不同膜厚度的需要。
水解過程溶膠的制備為通過醇鹽的水解可以生成兩種不同的溶膠，一種是醇鹽*水解，形成沉淀后經膠化得到的膠體溶液。另一種是醇鹽在一定控制條件下不生成沉淀而形成大分子溶液。這兩種溶膠的性質不同，其水解過程相當復雜。隨酸度增加，氧化鋁分離膜的孔徑和空隙率變大。由此可見膠溶劑種類和用量對膜的結構特性有明顯影響。
成膜方式目前大多采用粒子溶膠制凝膠膜橡塑管。當多孔載體于溶膠接觸時，由于毛細管力的作用，溶膠中的液相進入載體的孔隙中，而溶膠中的固相粒子被留在載體表面逐漸富集形成凝膠膜。根據一些理論模型，凝膠膜的厚度與浸漬時間的平方根成正比，膜的沉積速度隨溶膠濃度的增加而增加，隨載體孔徑的增加而減少。干燥條件溶膠與凝膠干燥過程溫度和濕度、蒸汽壓力差也是影響膜微觀結構變化的主要條件。一般認為膠體在干燥過程中好似毛細管收縮力起作用，而外部蒸氣壓是一個驅動力，所以要控制一定的溫度與濕度，使微觀變化緩慢進行。煅燒過程煅燒過程也是膜產生微觀變化的時刻。因為溶膠是很小的晶粒，當經干燥轉為凝聚有所凝聚，而升溫煅燒微觀結構變化更突出，緩慢升溫可以使范圍微觀結構變化zui小。
作為新型的分離膜材料，氧化鋁膜在很短的時間內得到迅速發展，其優于有機膜的性能已被眾多的研究者和使用者所認識。它的開發生產正穩步向前，特別是膜的制備方面已經積累了許多成果。盡管氧化鋁膜的地位已經確立，還有許多研究工作有待進一步開展，比如其用于氣體分離的研究還局限于膜的制備、分離性能的表征及傳遞機理等，有關膜設計的優化和改性，使膜不但具有微孔性而且具有吸附性或催化性方面的研究報道不很多。同時，今后有待深入研究和探討的問題的確很多，如制膜技術的進一步完善；實驗數據的可比性，氣體傳遞機理的動力學研究；高溫下氣體分離過程的研究等等。氧化鋁膜的脆性和成本也是其發展的不利因素。