Cu-Ni-Ce(Pr, Sm)-Al2O3复合膜性能的研究(3)
与传统的催化和分离过程相比，兼具催化与分离双重功能的催化膜反应器的优点有[6-7]：1)催化和分离一体化使工艺流程更紧凑，减少投资、操作费用和能耗；2)对受化学平衡限制的反应，可突破反应热力学的限制，使化学平衡移动，大幅提高反应产率；3)催化选择性更强，且微孔多、分布广；4)催化活性更高，提高转化率，降低反应的苛刻度；5)可直接以廉价的空气作为氧源，同时消除了氮气对反应、产品的影响，避免高温下形成污染物NOX的可能，简化操作，减少成本和污染；6)产品纯度更高，后处理方便；7)对于反应底物彼此互不相容的多相反应，膜可起接触器的作用，能促进反应物间的传质，增大反应速度；8)对于易燃易爆的反应，可利用膜管壁控制反应进料，有效控制反应进度，同时通过膜表面缓和供氧，避免常规反应器存在的爆炸极限、飞温失控等，使反应安全可控；9)当一种反应的产物(或副产物)可作为另一反应的原料时，能实现两种反应的耦合。
多孔氧化铝膜由于多孔的结构和良好的前景受到广泛关注及研究[8-9]。多孔阳极氧化铝膜是通过电化学的方法，在铝表面形成有高度规整的孔结构的氧化铝膜。膜结构为吹冰角形，每个胞膜中心有一个纳米微孔[10]。阳极氧化铝膜是良好的热、电绝缘体，有硬度高、耐磨等特点；有良好耐蚀性，抗蚀能力则决定于膜层组成、厚度、孔隙率及基体材料合金的成分；和基体金属结合力强，膜层随基体弯曲甚至断裂，膜层仍与基体保持良好的结合。
氧化铝多孔膜是一种在阳极氧化过程中自组织形成的具有有序孔道结构的纳米膜，典型的氧化铝多孔膜结构如图1所示。在紧靠金属铝一侧是一层薄而致密的阻挡层，其上层
图1 多孔氧化铝膜的结构示意图
是比较厚而疏松的多孔层。多孔层的膜胞为吹冰角形紧密堆积柱状结构，膜胞中心有一个圆形孔道。孔径大小在5～400 nm可调，孔密度可达1010 ～ 1012个/ cm2，孔的直径、密度和深度均可通过改变电解质的种类、浓度、阳极氧化的电压、时间以及最后的扩孔工序来调节[11]。
阳极氧化铝膜有着独特的优点：(1)孔径分布均匀，大小一致，控制不同的阳极氧化条件，辅以后处理，可制备孔径在几纳米至几百纳米的阳极氧化铝膜，作为催化反应及气体分离反应的载体；(2)热稳定好，熔点高，机械强度高，在高温的环境下，可以用作催化反应以及气体分离反应的优良载体。
目前Al2O3系无机膜的制备方法主要有固态粒子烧结法、溶胶−凝胶法、薄膜沉积法、相分离−沥滤法、阳极氧化法、喷雾热分解法、轨迹刻蚀法、溶胶−凝胶模板技术等。
(1) 固态粒子烧结法
将一定粒径分布的原料微小颗粒或超细粒子(粒度0.1~10μm)与添加剂、适当的介质混合，成型后干燥，再经高温(1000~1600℃)烧结而成，可用于制备微孔陶瓷膜、陶瓷膜载体及微孔金属膜。
(2) 溶胶−凝胶法
将金属醇盐或金属盐在水或醇等有机溶剂中发生水解−缩聚反应，生成氧化物或氢氧化物胶体，并浸涂于多孔支承体上，使之转化为凝胶，再经干燥和煅烧得到多孔氧化物膜。该法常用于制备孔径较大(0.1~0.5μm)的多孔微滤膜或膜支承体材料，也可制备负载型超薄微孔膜，如Al2O3膜、SiO2膜、TiO2膜、ZrO2膜。
(3) 薄膜沉积法
用溅射、离子镀、金属镀及气相沉积等方法，将膜料沉积在载体上制造薄膜的技术可制备单质、合金和氧化物，也可制备氮化物、硼化物和金刚石薄膜等。其中，以化学气相沉积法和化学镀膜法应用最广。
(4) 相分离−沥滤法