膜的制备与应用

陶瓷膜的制备与应用及膜分离技术简析飞雾流雪无机膜材料种类无机膜致密膜微孔膜Pd及Pd合金膜Ag膜ZrO2膜多孔金属膜陶瓷膜分子筛膜Al2O3膜SiO2膜（玻璃膜）ZrO2膜TiO2无机膜优点（与有机膜对比）热稳定性好，耐高温，一般可以在400℃下使用，最高可达800℃以上,不老化、寿命长。化学稳定性好，耐有机溶剂，耐酸碱，抗微生物侵蚀。机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的外压，并可反向冲洗。净化操作简单、迅速，价格便宜，保存方便。孔径分布窄，分离效率高。无机膜缺点生产成本高，制造技术难度大。无机膜易发脆，给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难。膜器安装因密封的缘故，使其性能不能得到充分利用。商品化无机膜的几何结构平板型：主要用于小规模的工业生产和实验室实验；管型：适合于组装成分离元件或膜反应器；多通道型（蜂窝型）：结构的单位体积膜面积大，被更多地工业过程采用。基质膜制备方法固态烧结法（SinteringMethod）相分离-沥取法（PhaseSeperation-leaching）阳极氧化法（Anodicoxidation）溶胶-凝胶法（Sol-Gel）薄膜沉积法（Thin-FilmDeposition）固态烧结法（SinteringMethod）将细微颗粒及超细颗粒（0.1-1μm）与适当溶剂混合制成的成型生坯，在高温（1000-1600℃）下进行烧结处理。特点：成熟，易于工业化，可同时制取多层不对称的微孔膜。相分离-沥取法（PhaseSeperation-leaching）阳极氧化法（Anodicoxidation）以高纯度的金属铝箔为阳极，并使一侧面与酸性电解质溶液（如草酸、硫酸、磷酸）接触，通过电解作用在此表面上形成微孔氧化铝膜，然后用适当方法除去未被氧化的铝基体和阻挡层，便得到孔径均匀，孔道与膜平面垂直的微孔Al2O3膜。溶胶-凝胶法（Sol-Gel）1984年由荷兰Twente大学首先开发此项技术，并成功地制备了Al2O3膜，继而美国、法国、日本开始此项技术研究。Sol-Gel法从技术上又可细分为分子聚合发（PolymerizationofMolecularUnits,PMU）和胶溶法（DestabilizationofColliodSolutions，DCS）薄膜沉积法（Thin-FilmDeposition）薄膜沉积法借鉴传统物理镀膜方法，如在无线电材料中的SiO2单晶膜。以多孔质过渡金属或其合金，可利用沉积技术，如溅射（Sputtering）,离子镀（IonPlating），金属镀（MetalPlating）或化学气相沉积（CVD）等方法制得多孔质陶瓷膜及玻璃膜。一般来说，CVD等方法只适合与制顶层功能分离膜，不适合制基质膜。无机膜的主要应用液相分离（LiquidPhaseSeparation）气体分离（GasSeparation）膜反应器（MembraneReactor）功能器件（FunctionDevicesFD）其他液相分离（LiquidPhaseSeparation）海水淡化饮料除菌污水处理药物萃取水中的油分的浓缩气体分离（GasSeparation）空气分离出氧气或惰性气体天然气的脱水高温气体分离膜反应器（MembraneReactor）定义：具有选择性透过膜，并能同时进行反应和分离的反应器。例：用Al2O3膜可以是蔗糖转化成普糖糖的转化率从50%增至100%惰性膜反应器（多为多孔陶瓷或多孔玻璃）催化膜反应器（具有催化和分离双重功能）膜反应器优越性对平衡限制的反应，膜反应器能够移动化学平衡，大大提高反应的转化率膜反应器有可能大大提高反应的选择性较低温度下，即可得较高转化率可能使产物分离、反应物净化及化学反应等几个单元在一个膜反应器中进行，大大节省投资。由于能使反应在较低温度和压力下操作，节约能源膜分离的基本流程图膜分离技术膜分离种类微滤（microfiltration）0.2-1mm超滤（ultrafiltration）5nm-0.2mm纳滤（nanofiltration）0.5-5nm反渗透（reverseosmosis）0.2-0.3nm微滤(microfiltration)微滤（MF）又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。0.2-1mm超滤超滤（UF）是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在5nm-0.2mm分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。纳滤（nanofiltration）纳滤（NF）是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米(0.5-5nm)，因此称纳滤。反渗透（reverseosmosis）反渗透（RO）是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。(0.2-0.3nm)