膜的制备与应用

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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
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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
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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（Polymerization of Molecular Units, PMU）和胶溶法（Destabilization of Colliod Solutions，DCS）
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。
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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
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固态烧结法（Sintering Method）
❖ 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（10001600℃）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。
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相分离-沥取法（Phase Seperation-leaching）
不能得到充分利用。
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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。
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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）
❖ 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。
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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
❖ 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，大大省投资。 ❖ 由于能使反应在较低温度和压力下操作，节约能源
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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( 0.5-5 nm )，因此称纳 滤。
陶瓷膜的制备与应用 及膜分离技术简析
飞雾流雪
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无机膜材料种类
Pd及Pd合金膜
致密膜
Ag膜
ZrO2膜
无
机
膜
多孔金属膜
Al2O3膜
微孔膜
陶瓷膜
SiO2膜（玻璃膜） ZrO2膜
分子筛膜
TiO2
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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。
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膜分离的基本流程图
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膜分离技术
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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 nm ❖ 反渗透（reverse osmosis ） 0.2-0.3nm
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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）
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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）
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膜反应器优越性
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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
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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。
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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。
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