● 摘要
用无机膜进行分离具有节能、高效等优点，已经广泛应用于水处理、化工、食品等领域，其中，无机超滤膜由于分离效率高，能耗低，应用最为广泛，也最为成熟。随着技术的创新和发展，无机膜纳滤技术也得到了越来越多的应用。在众多无机膜材料中，TiO2由于化学稳定性较好而得到了极大的关注。目前，由于技术保密的原因，关于制备TiO2超滤膜的关键工艺（如涂膜溶胶组成、涂膜时间等）的报道十分有限；虽然已经有商品化的TiO2纳滤膜，但是很少有关于制备TiO2纳滤膜具体条件的报道，这些都严重地限制了国内对TiO2超滤膜和纳滤膜的研究。
本文以钛酸四异丙脂为原料，分别用粒子溶胶制备TiO2超滤膜和用聚合溶胶制备TiO2纳滤膜。改变制备条件，对膜的孔结构、完整性进行调变。制备稳定的TiO2粒子溶胶，采用浸渍法，以孔径为100 nm的Inopor管式Al2O3微滤膜和国产的合肥新元微滤膜为支撑体制备TiO2超滤膜，研究添加剂比例对超滤膜物相和孔结构的影响以及涂膜时间、涂膜次数等对超滤层完整性的影响，获得了制备TiO2超滤膜的最佳条件。制备稳定的TiO2聚合溶胶，以孔径为5 nm的Inopor超滤膜和自制的TiO2超滤膜为支撑体制备TiO2纳滤膜，研究溶胶制备条件（[H2O]/[Ti+4]、反应温度、反应时间）、干燥时间和焙烧制度对TiO2纳滤膜孔结构的影响，考察涂膜溶胶浓度和涂膜时间对纳滤层完整性的影响，获得了制备TiO2纳滤膜的最佳条件。最后对膜管的密封进行了初步的研究。
研究结果表明，用粒子型TiO2溶胶制备TiO2超滤膜，添加剂的用量不影响TiO2超滤膜的物相，仅影响超滤膜的孔结构。由添加剂比例mTiO2:mPVA:mHPC = 8:2:2经室温干燥，450 ℃焙烧1 h制备的TiO2超滤膜的物相以锐钛矿相为主，含有少量的金红石相；孔径主要分布于3-8 nm之间，比孔容为0.185 cm3/g，孔隙率为42%。以Inopor微滤膜为支撑体制备TiO2超滤膜，涂膜溶胶中TiO2为含量0.06mol/L，添加剂比例mTiO2:mPVA:mHPC = 8:2:2，涂膜时间为10 s，涂膜两次，可以获得完整性良好的TiO2超滤膜，厚度约1.2 μm；以合肥新元微滤膜为支撑体制备TiO2超滤膜，涂膜溶胶中TiO2为0.06mol/L，添加剂比例mTiO2:mPVA:mHPC = 8:2:2，涂膜时间为10-15 s，涂膜两次，可以获得完整的TiO2超滤膜，超滤层厚度约1 μm。
用聚合型TiO2溶胶制备TiO2纳滤膜，溶胶制备条件（[H2O]/[Ti+4]、反应温度、反应时间）、干燥时间和焙烧制度对纳滤膜孔结构的影响较大。[H2O]/[Ti+4] = 1.8，60 ℃下反应0.5 h，室温干燥24 h，350 ℃下保温1 h，升温速率1 ℃/min时，获得的纳滤膜的比表面积为320 m2/g，比孔容为0.17 cm3/g，孔径主要分布在0.4 - 1 nm之间。以Inopor超滤膜为支撑体制备TiO2纳滤膜，涂膜溶胶浓度为0.03 mol/L，涂膜时间为5 s，室温干燥24 h，在350 ℃保温1 h后得到的TiO2纳滤膜具有良好的完整性。以自制的TiO2超滤膜为支撑体制备TiO2纳滤膜，涂膜溶胶浓度为0.03 - 0.05 mol/L，涂膜时间为5 s，室温干燥24 h，在350 ℃保温1 h后得到完整的TiO2纳滤膜。
以环氧树脂为密封材料对膜管进行密封，密封层厚度的和表面缺陷的控制有待进一步研究。以低温釉料做密封材料对膜管进行密封，需要寻找与膜的热膨胀系数相匹配的釉料进行密封研究。
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