膜的制备与应用ppt课件.ppt

陶瓷膜的制备与应用及膜分离技术简析 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 固态烧结法 SinteringMethod 将细微颗粒及超细颗粒 0 1 1 m 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 7 相分离 沥取法 PhaseSeperation leaching 8 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 9 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 10 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 16 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 17 18 膜分离的基本流程图 19 膜分离技术 20 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 21 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 22 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 23 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 24 反渗透