膜的制備與應(yīng)用[共26頁]

1、陶瓷膜的制備與應(yīng)用 及膜分離技術(shù)簡析 飛霧流雪 1 無機(jī)膜材料種類 無機(jī)膜無機(jī)膜 致密膜 微孔膜 Pd及Pd合金膜 Ag膜 ZrO2膜 多孔金屬膜 陶瓷膜陶瓷膜 分子篩膜 Al2O3膜 SiO2膜（玻璃膜） ZrO2膜 TiO2 2 無機(jī)膜優(yōu)點（與有機(jī)膜對比） v熱穩(wěn)定性好，耐高溫，一般可以在400下使用， 最高可達(dá)800以上,不老化、壽命長。 v化學(xué)穩(wěn)定性好，耐有機(jī)溶劑，耐酸堿，抗微生物 侵蝕。 v機(jī)械強(qiáng)度大，擔(dān)載無機(jī)膜可承受幾十個大氣壓的 外壓，并可反向沖洗。 v凈化操作簡單、迅速，價格便宜，保存方便。 v孔徑分布窄，分離效率高。 3 無機(jī)膜缺點 v生產(chǎn)成本高，制造技術(shù)難度大。 v無機(jī)膜易

2、發(fā)脆，給膜的成型加工及 組件裝備帶來一定的困難。 v膜器安裝因密封的緣故，使其性能 不能得到充分利用。 4 商品化無機(jī)膜的幾何結(jié)構(gòu) v平板型：主要用于小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和實驗 室實驗； v管型：適合于組裝成分離元件或膜反應(yīng)器； v多通道型（蜂窩型）：結(jié)構(gòu)的單位體積膜面 積大，被更多地工業(yè)過程采用。 5 基質(zhì)膜制備方法 v固態(tài)燒結(jié)法（Sintering Method） v相分離-瀝取法（Phase Seperation-leaching） v陽極氧化法（Anodic oxidation） v溶膠-凝膠法（Sol-Gel） v薄膜沉積法（Thin-Film Deposition） 6 固態(tài)燒結(jié)法（S

3、intering Method） v將細(xì)微顆粒及超細(xì)顆粒（0.1-1m）與適當(dāng)溶 劑混合制成的成型生坯，在高溫（1000- 1600）下進(jìn)行燒結(jié)處理。 v特點：成熟，易于工業(yè)化，可同時制取多層 不對稱的微孔膜。 7 相分離-瀝取法（Phase Seperation-leaching） 8 陽極氧化法（Anodic oxidation） v以高純度的金屬鋁箔為陽極，并使一側(cè)面與 酸性電解質(zhì)溶液（如草酸、硫酸、磷酸）接 觸，通過電解作用在此表面上形成微孔氧化 鋁膜，然后用適當(dāng)方法除去未被氧化的鋁基 體和阻擋層，便得到孔徑均勻，孔道與膜平 面垂直的微孔Al2O3膜。 9 溶膠-凝膠法（Sol-Gel

4、） v1984年由荷蘭Twente大學(xué)首先開發(fā)此項技術(shù)， 并成功地制備了Al2O3膜，繼而美國、法國 、 日本開始此項技術(shù)研究。 Sol-Gel法從技術(shù)上又 可細(xì)分為分子聚合發(fā)（Polymerization of Molecular Units, PMU）和膠溶法（Destabilization of Colliod Solutions，DCS） 10 11 薄膜沉積法（Thin-Film Deposition） v薄膜沉積法借鑒傳統(tǒng)物理鍍膜方法，如在無 線電材料中的SiO2單晶膜。以多孔質(zhì)過渡金 屬或其合金，可利用沉積技術(shù)，如濺射 （Sputtering）,離子鍍（Ion Plating），

5、金屬 鍍（Metal Plating）或化學(xué)氣相沉積（CVD） 等方法制得多孔質(zhì)陶瓷膜及玻璃膜。一般來 說，CVD等方法只適合與制頂層功能分離膜， 不適合制基質(zhì)膜。 12 無機(jī)膜的主要應(yīng)用 v液相分離（Liquid Phase Separation） v氣體分離（Gas Separation） v膜反應(yīng)器（Membrane Reactor） v功能器件（Function Devices FD） v其他 13 液相分離（Liquid Phase Separation） v海水淡化 v飲料除菌 v污水處理 v藥物萃取 v水中的油分的濃縮 14 氣體分離（Gas Separation） v空氣分離出

6、氧氣或惰性氣體 v天然氣的脫水 v高溫氣體分離 15 膜反應(yīng)器（Membrane Reactor） v定義：具有選擇性透過膜，并能同時進(jìn)行反 應(yīng)和分離的反應(yīng)器。 v例：用Al2O3膜可以是蔗糖轉(zhuǎn)化成普糖糖的轉(zhuǎn) 化率從50%增至100% v惰性膜反應(yīng)器（多為多孔陶瓷或多孔玻璃） v催化膜反應(yīng)器（具有催化和分離雙重功能） 16 膜反應(yīng)器優(yōu)越性 v對平衡限制的反應(yīng)，膜反應(yīng)器能夠移動化學(xué)平衡，大大提高 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 v膜反應(yīng)器有可能大大提高反應(yīng)的選擇性 v較低溫度下，即可得較高轉(zhuǎn)化率 v可能使產(chǎn)物分離、反應(yīng)物凈化及化學(xué)反應(yīng)等幾個單元在一個 膜反應(yīng)器中進(jìn)行，大大節(jié)省投資。 v由于能使反應(yīng)在較低溫度和壓力

7、下操作，節(jié)約能源 17 18 膜分離的基本流程圖 19 膜分離技術(shù) 20 膜分離種類 v微濾（微濾（microfiltration ） 0.2-1 mm v超濾（超濾（ultrafiltration ）5 nm-0.2mm v納濾（納濾（nanofiltration ） 0.5-5 nm v反滲透（反滲透（reverse osmosis ） 0.2-0.3nm 21 微濾(microfiltration ) v微濾（MF） 又稱微孔過濾，它屬于精密過濾， 其基本原理是篩孔分離過程。0.2-1 mm 22 超濾超濾 v超濾（UF） 是介于微濾和納濾之間的一種膜過程， 膜孔徑在5 nm-0.2mm 分子量之間。超濾是一種能 夠?qū)⑷芤哼M(jìn)行凈化、分離、濃縮的膜分離技術(shù)，超 濾過程通常可以理解成與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過 程。以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以超濾膜為過濾 介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)水流過膜表面時，只允 許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過，達(dá)到溶液的 凈化、分離、濃縮的目的。 23 納濾（納濾（nanofiltration ） v納濾（NF） 是介于超濾與反滲透之間的一種 膜分離技術(shù)， 其截留分子量在801000的范 圍內(nèi)，孔徑為幾納米( 0.5-5 nm )，因此稱納 濾。 24 反滲透