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1、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。
2、 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(Sintering Method) 相分离-沥取法(Phase Seperation-leaching) 阳极氧化法(Anodic oxidation) 溶胶-凝胶法(Sol-Gel) 薄膜沉积法(Thin-Film Deposition),固态烧结法(Sintering Method),将细微颗粒及超细颗粒(0.1-1m)与适当溶剂混合
3、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(Phase Seperation-leaching),阳极氧化法(Anodic oxidation),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
4、究。 Sol-Gel法从技术上又可细分为分子聚合发(Polymerization of Molecular Units, PMU)和胶溶法(Destabilization of Colliod Solutions,DCS),薄膜沉积法(Thin-Film Deposition),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(Ion Plating),金属镀(Metal Plating)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
5、制基质膜。,无机膜的主要应用,液相分离(Liquid Phase Separation) 气体分离(Gas Separation) 膜反应器(Membrane Reactor) 功能器件(Function Devices FD) 其他,液相分离(Liquid Phase Separation),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(Gas Separation),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(Membrane Reactor),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
6、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 ) 0.2-1 mm 超滤(ultrafiltration )5 nm-0.2mm 纳滤(nanofiltration ) 0.5-5
7、nm 反渗透(reverse osmosis ) 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。0.2-1 mm,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5 nm-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801000的范围内,孔径为几纳米( 0.5-5 nm ),因此称纳滤。,反渗透(reverse osmosis ),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 ),THANKS,