无机纳米涂层对提高陶瓷微滤膜水渗透性能的作用机理研究

为提高陶瓷膜的渗透性能，在微滤膜孔道表面涂覆无机纳米晶粒，形成一定厚度的纳米修饰涂层，用以改变膜孔表面的物理化学性质。研究发现，虽然纳米修饰涂层导致微滤膜平均孔径的减小，却使膜的渗透通量明显增大。针对这一特殊微流体流动，本项目从材料的物理化学性质角度入手，研究探讨纳米涂层的形貌与晶粒尺寸效应、表面荷电、吸附效应以及涂层纳米晶粒与水分子、游离离子间相互作用对水在修饰膜孔道内流动行为影响的规律，及外界吸附离子影响纳米涂层修饰性能的作用规律，认识纯水在纳米涂层修饰陶瓷微滤膜孔道内加速流动的作用机理。研究不仅可以科学认识纳米修饰涂层对提高陶瓷微滤膜渗透通量的作用规律及原理，还可为采用涂层修饰方法，改善陶瓷膜的表面微结构、提高膜的渗透性能和抗污染性的技术研发提供科学理论依据。

无机纳米涂层对提高陶瓷微滤膜水渗透性能的作用机理研究” （项目批准号：51062006）获资助经费28万元。项目负责人周健儿教授。项目研究在微滤膜孔道表面涂覆无机纳米晶粒，形成一定厚度的纳米修饰涂层，用以改变膜孔表面的物理化学性质。虽然纳米修饰涂层导致微滤膜平均孔径的减小，却使膜的渗透通量明显增大。针对这一特殊微流体流动，本项目从材料的物理化学性质角度入手，研究探讨纳米涂层的形貌与晶粒尺寸效应、表面荷电、吸附效应以及涂层纳米晶粒与水分子、游离离子间相互作用对水在修饰膜孔道内流动行为影响的规律，及外界吸附离子影响纳米涂层修饰性能的作用规律，认识纯水在纳米涂层修饰陶瓷微滤膜孔道内加速流动的作用机理。研究发现，无机纳米涂层对提高陶瓷微滤膜水渗透性能的作用与纳米涂层与水分子（或水化离子）之间的相互作用有关：提高纳米涂层的表面粗糙度、表面羟基数量能够增强纳米涂层与水分子的作用，形成固定水分子层，这层分子层起到润滑层的作用，提高了流体流速；通过掺杂提高纳米涂层的表面电荷，可与水中的水化离子形成双电层，流体利用双电层的静电作用而在双电层间作快速滑移，提高流体流速。该过程受纳米涂层对特定离子的吸附的影响较大。这两个模型统一于在固体表面与流体之间，形成一个相对固定的薄层是促使流体增速的原因。已在国内外期刊发表相关研究论文15篇，其中SCI收录4篇、EI收录6篇，申请专利6项（已授权4项）。培养博士后1名、硕士研究生3名、联合培养博士研究生1名。项目研究达到了预期研究目标。