摘要：以杏殼炭粉為原料，加入添加劑，擠出成型炭化后得到管狀炭膜，考察了聚乙烯醇用量對炭膜孔結構的影響。炭膜孔徑分布曲線隨著聚乙烯醇用量的增加變寬，平均孔徑變大，孔隙率增大，純水通量升高。
　　
　　關鍵詞：炭膜，聚乙烯醇
　　
　　
　　炭膜是20世紀80年代中期發展起來的一種新型無機分離膜，是指由炭素材料構成的分離膜[1]。與傳統的有機膜相比，炭膜具有分離能力高、耐高溫、化學穩定性好、孔徑均勻等優點，近年來受到廣泛關注。實驗采用杏殼炭粉為原料，加入聚乙烯醇和酚醛樹脂，擠出成型，制備管狀微濾炭膜。探索了控制微濾炭膜孔結構的方法，研究不同聚乙烯醇添加量對炭膜結構和性能的影響。
　　1實驗部分
　　1.1實驗原料
　　杏殼炭粉，天津海豚炭黑發展有限公司；聚乙烯醇（PVA），北京益利精細化學品有限公司；水溶性酚醛樹脂，自制；丙三醇，分析純，北京化工廠；異丙醇，分析純，北京化工廠。
　　1.2炭膜的制備
　　杏殼炭粉加入添加劑，擠出成型，在惰性氣體保護下炭化，制備管狀微濾炭膜。實驗中選擇800℃為炭化終溫，150℃和800℃各停留一個小時，自然降溫。在高于100℃時炭膜始終處于氮氣（80mL•min-1）氛圍內。
　　1.3炭膜的表征
　　對膜性能與結構的正確表征是評價膜質量和確定其應用范圍的重要指標。膜制備的過程復雜，影響因素繁多，而人們最關注的是膜的結構和傳遞特性，因此對其表征也主要分為結構表征和性能表征兩個方面。結構表征有孔徑及孔徑分布、孔隙率、孔道形狀等；性能表征包括通量、滲透選擇性及機械強度等。
　　1.3.1孔徑及孔徑分布
　　孔徑及孔徑分布是表征膜結構的重要參數，是膜分離的基礎，它直接決定著通過膜體流體的滲透選擇性和流動特性，控制著流體透過膜的流動模式。孔徑分布參照文獻[2-3]，使用異丙醇-氮氣體系泡壓法表征。
　　1.3.2孔隙率
　　孔隙率即試樣中開口的孔體積與試樣總體積的百分比，與試樣內微孔大小、微孔分布及微孔曲折程度等微觀結構有關。采用浸漬液體稱重法來測量炭膜的孔隙率。
　　1.3.3純水通量
　　在0.1MPa下，預壓30分鐘后，每隔一定時間測定膜的純水通量。重復幾次，計算公式如下：
　　
　　式中：J—膜通量，m3•m-2•h-1；
　　V—透過液體積，m3；
　　S—膜面積，m2；
　　t—透過時間，h。
　　2結果與討論
　　炭膜的部分孔道是由包覆在原料顆粒外粘結劑經炭化后分解產生的，因此粘結劑的物化性質和用量對最終炭膜的孔徑及孔徑分布有顯著的影響。由于炭粉在高溫作用后，并不能像陶瓷膜粉料那樣，可以通過燒結粘連在一起，所以采用的是在高溫下能夠不完全被分解、可以保留在炭膜內部、起到粘連作用的酚醛樹脂作為粘結劑。選用聚乙烯醇和丙三醇作為增塑劑，去離子水為溶劑。
　　聚乙烯醇是一種高分子聚合物，水溶性良好，在炭膜的制備過程中以水溶液的方式加入能使所得制品的孔徑分布均勻，并且活性孔多，因此考慮在讓其作為增塑劑的同時也作造孔劑使用。
　　2.1孔徑及孔徑分布
　　通過泡壓法測得的炭膜孔徑分布如圖1所示，聚乙烯醇含量增加，炭膜孔徑分布變寬，平均孔徑和最可幾孔徑均增大，聚乙烯醇含量為3%時平均孔徑0.511µm，最可幾孔徑0.500µm；當聚乙烯醇含量為5%時平均孔徑為0.562µm，最可幾孔徑為0.540µm。
　　
　　圖1聚乙烯醇含量不同時炭膜的孔徑分布
　　2.2孔隙率
　　表1是原膜聚乙烯醇含量對炭膜孔隙率的影響。聚乙烯醇在炭化過程中分解為小分子物質而不復存在，從而在膜內部形成孔隙，聚乙烯醇含量增加，炭化后膜的孔隙率增大，聚乙烯醇含量為5%時孔隙率為45.82%。
　　表1聚乙烯醇含量對孔隙率的影響

　　2.3純水通量
　　表2中，隨著聚乙烯醇含量的增加，純水通量增大，當聚乙烯醇含量為5%時制備的炭膜的純水通量為0.433m3•m-2•h-1，是聚乙烯醇含量3%時的近兩倍。
　　表2聚乙烯醇含量對純水通量的影響

　　3結論
　　隨著聚乙烯醇含量的增加孔徑分布變寬，平均孔徑增大，由最初的0.511µm增大到0.562µm，純水通量由0.223m3•m-2•h-1增大到0.433m3•m-2•h-1，孔隙率由43.67%增大到45.82%。
　　參考文獻
　　[1] 魏微,秦國彤,候勝德.炭膜及其在環境領域中的應用[J].環境污染治理技術與設備,2004,5(7):5-8
　　[2] 黃培,徐南平,時鈞.粒子燒結法制備氧化鋁微濾膜[J].水處理技術,1996,22(3):129-133
　　[3] HY/T064-2002,管式陶瓷微濾膜測試方法[S].北京:中國標準出版社,2004