無機膜分離技術簡介及應用

1、無機膜分離技術簡介及應用無機膜分離技術簡介及應用摘要摘要：本文主要介紹了無機膜分離技術的原理和制備方法，影響分離性能的因素以及無機膜分離技術在各方面的應用。關鍵詞關鍵詞：無機膜分離技術；結構及組件；制備；影響因素；應用無機膜是固體膜的一種它是由無機材料如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等制成的半透膜。無機膜在液體分離方面的應用研究始于20世紀70年代中期。20世紀80年代初無機膜在液體分離中的應用取得了實質(zhì)性的進展

2、實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用尤其是陶瓷膜成功地在法國的奶業(yè)和飲料(葡萄酒、啤酒、蘋果酒)業(yè)推廣使用后其技術和產(chǎn)業(yè)地位逐步確立。無機膜具有以下一些優(yōu)點:①化學穩(wěn)定性好能耐酸、耐堿、耐有機溶劑②機械強度大擔載無機膜可承受幾十個大氣壓的外壓并可反向沖洗③抗微生物能力強不與微生物發(fā)生作用可以在生物工程及醫(yī)學科學領域中應用④耐高溫一般均可以在400℃下操作最高可達800℃以上⑤孔徑分布窄分離效率高。1無機膜的分離原理無機膜的分離原理無機膜的分離過程可以看作是

3、與膜孔徑大小相關的篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅(qū)動力，膜為過濾介質(zhì)，在一定壓力作用下，當料液流過膜表面時，只允許水無機鹽小分子物質(zhì)透過膜，而阻止水中的懸浮物膠體和微生物等大分子物質(zhì)通過膜的截留作用可歸納為篩分作用，架橋作用及吸附作用。這種篩分作用通常造成污染對物在膜表面的截留和膜孔的堵塞無機膜技術在液相分離中基本原理是:在壓力差下利用膜孔的篩分特性使混合物組分得到分級或分離。產(chǎn)品可以是滲透液、截留液或兩者皆是。無機膜的分離特性以滲透通量

4、和滲透選擇性為衡量指標二者均與膜結構、分離對象體系性質(zhì)及操作條件等密切相關。2無機膜的結構及組件無機膜的結構及組件無機膜主要有兩大類，即微孔膜及致密膜。對于微孔型的無機膜，在使用中大多制成多層、不對稱的復合結構，即多孔的載體上支撐著一層極薄的控制層，如圖所示。多孔載體（底層）具有一定的機械強度，約數(shù)毫米厚，孔徑10?15?m左右，它是整個微孔管的多層不對稱結構5.水熱法6.其他方法（1）放射粒子徑跡刻蝕法（2）聚合法3.2致密膜的制備致

5、密膜的制備致密膜有兩類：金屬及其合金膜；另一類為具有選擇透氧功能的金屬氧化物膜。下面分別介紹這兩類致密膜的制備方法。（一）金屬致密膜的制備鈀等金屬膜的制備方法是指用濺射、離子鍍、金屬鍍及氣相沉積等手段，將膜料沉積在多孔陶瓷、玻璃或多孔不銹鋼載體上制造微孔金屬膜或氧化物薄膜的方法。其制備過程大致分為兩個步驟：一是膜材料（膜料）的氣化；二是膜料的蒸氣依附于其他材料制成的載體上形成薄膜。主要的制備方法有：化學氣相沉積法、電化學氣相沉積法、化學

6、鍍膜法和噴射熱分解法。（二）氧化物致密膜的制備氧化物致密膜以對稱結構為主常采用擠出和等靜壓法成型。其制備過程包括粉料制備、成型和干燥燒結三個基本步驟，。4無機膜分離性能的影響因素無機膜分離性能的影響因素4.1膜結構參數(shù)對分離過程的影響(1)膜孔徑膜孔徑是影響膜通量和截留率等分離性能的主要因素。一般來說孔徑越小對粒子或溶質(zhì)的截留率越高而相應的通量往往越低。對于純?nèi)軇┙橘|(zhì)而言膜孔徑越大通量越高但在實際體系分離中由于濃差極化、吸附、堵塞等膜污

7、染現(xiàn)象的影響實際體系過濾滲透通量值很少能與膜的純?nèi)軇B透通量值相比擬。(2)膜厚度的影響膜厚度對膜性能的影響主要表現(xiàn)在滲透通量上由于膜厚度的增加必然使流體透過的路程增加因此過濾阻力增加通量下降。在應用中期望所采用的膜厚度越小越好但實際膜的制備中由于支撐體表面、制備控制技術等多方面影響在減小膜厚度的同時必須考慮膜的完整性。(3)膜的孔隙率的影響孔隙率高的膜具有較多的開孔結構所以在相同的孔徑下具有高的滲透通量。一般來說多孔無機膜特別是陶瓷膜

8、其膜層的孔隙率在20%～60%之間支撐體孔隙率應高于分離層對微濾而言希望孔隙率大于30%。4.2體系性質(zhì)對分離過程的影響影響膜分離性能的體系性質(zhì)主要包括兩方面:一是黏度、成分、pH值等溶液性質(zhì)二是所含溶質(zhì)或顆粒的大小、荷電性質(zhì)、分散狀態(tài)等。這些性質(zhì)中溶質(zhì)或顆粒的性質(zhì)直接關系到其對膜的污染方式、程度等從而影響膜的分離性能。另外由于陶瓷膜都帶有電荷而且其ζ電位受溶液性質(zhì)影響因此溶液性質(zhì)改變往往改變膜的表面荷電性質(zhì)使得膜與溶質(zhì)或顆粒、膜與溶劑