无机膜与有机膜的一些性能比较22页PPT
膜技术PPT课件
膜通量
即膜的处理能力（即溶剂透过膜的速率）是膜分离 中的重要指标，一般用膜的渗透通量来表示。它是指单 位时间、单位膜面积上透过溶液的量，对于水溶液体系， 又称透水率或水通量。
截留率和截留分子量
被截流物质的量占料液中含有的截流物质总量的百 分率，称为膜的截留率，它表示了膜对溶质的截留能力。
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关闭程序
1、清洗周期结束后, 切断循环泵, 然后切断 进料泵。
2、关闭阀组件进出口阀, 保证膜的润湿性。 注: 一旦膜已变湿了, 就应保持其湿性, 这 可保证膜的完好性。
3、关闭进料泵及所有的阀。 4、过滤器已清洗好后, 清洁加工流体, 即可
启动操作。
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膜的消毒
为了防止在生产过程中由膜组件 带入杂菌，可在清洗罐中配制0.25% W/W 亚硫酸氢钠溶液，将阀门转换到 清洗状态，启动输料泵，启动各循环 泵40-60分钟，然后用去离子水冲净 （每周可洗二次）
膜分离的示意图
膜
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膜及其分离机理
截留较大的组分，而透 过较小基团的组分。
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膜分离过程的传质形式
在膜分离过程中，膜相际有3种基本传质形 式，即被动传递、促进传递和主动传递。
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膜分离过程机理
以典型的非对称膜为例，分几个区间来描绘。
①主流体系区间(Ⅰ) ②边界层区间(Ⅰ) ③表面区间(Ⅰ) ④表皮层区间
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膜组件形式与可选择的膜分离过程
管式、板式 卷式
中空纤维 锯齿式
反渗透 纳滤
超滤 微滤
并非每种膜分离过程（微滤、超滤、纳 滤、反渗透）都可以通过各种组件形式 实现，以上是其对应关系图。
有机膜与无机膜
膜技术的发展与应用摘要：分离技术的发展与人类的生产实践密切相关, 伴随着生产力的发展, 科学技术的进步, 分离的方法也从简到繁, 从低级到高级, 工艺从一种方法到多种联用。
已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术, 膜分离技术等。
膜分离技术作为新型高科技分离技术之一, 倍受众多工业的关注。
目前已广泛应用于化学工业，水处理，食品及生化工业，纺织及制革工业，造纸工业，医药工业等多个领域。
本通过查阅了大量文献，本文先总述了，国内外膜的发展情况。
然后叙述无机膜在国内外的发展情况，并将有机膜与无机膜多方面的性能，特点进行比较，着重讨论了无机膜的发展与应用。
关键词：膜分离，发展，应用，性能，特点，比较，展望。
膜发展史：膜分离现象的揭示可以追溯到200多年以前。
1748年阿培诺来发现动物膀胧里充满酒精，然后浸入水中，膀耽就逐渐胀大，甚至破裂。
相反，膀脱中充满水，再把它浸入酒精中，则情况相反，膀肤中的水会向外渗透，膀胧约缩。
还发现，凡是和膀脱同类性质的薄膜，都具有这种渗透功能。
又经过100多年，于1886年范托夫从现象提高到理论，归纳了渗透第一定律和渗透第二定律。
但膜分离技术在工业上获得重要应用并取得高速发展却是近四、五十年的事。
膜分离的关键是膜材料。
根据成膜材料不同，膜技术可分为有机膜和无机膜两大类，其中，有机膜也称为高分子分离膜。
膜分离技术发展大致可分为3 个阶段：——50 年代, 奠定基础的阶段；——60 年代～80 年代, 发展阶段；——90 年代～至今, 发展深化阶段：国外发展情况：前苏联研究膜工艺起始于60年代，大量的研究报告发表于70年代，当时已经具有相当规模。
推算起来，起步与我国差不多时候，但科研进展比较快，结合实际，应用面宽，见效快。
在工业生产中它已应用于食品、医药、生物工程、炼油、化工、冶金、半导体、宇航等部门的气体和液体的净化、提纯、分离与浓缩，用于核电站处理放射性同位素废液。
无机膜技术
2. 无机膜孔径分布特征
由载体层到顶层：孔径逐渐减小，形成 不对称分布。
顶层孔径：纳米级 过渡层孔径：0.1~1 µm 载体层孔径：1~20 µm
第三十一页，编辑于星期六：十六点 十分。
3. 无机膜的表面结构特征
完整性与缺陷并存
制备： 原料组成
浸涂时间（厚薄） 干燥温度、湿度 焙烧温度 环境洁净度
第三十八页，编辑于星期六：十六点 十分。
③化学稳定性： 好。 抗微生物降解； 对有机溶剂、腐蚀性气体、微生物侵蚀，表
现出良好的稳定性；
耐高温：不易溶胀—解离。
第三十九页，编辑于星期六：十六点 十分。
③化学稳定性： 好。
抗微生物降解；
对有机溶剂、腐蚀性气体、微生物侵蚀， 表现出良好的稳定性；
二. 无机膜的发展（三阶段）
1. 1940’s—1970’s末 研究始于40’s ：军用
气体扩散分离阶 段、军工阶段
235U
天然铀矿中，以
UF6形式将铀提出
天然铀
238U
235U
99.3%，不可裂变 0.7%，可裂变
？
第八页，编辑于星期六：十六点 十分。
解决办法：
天然铀矿
气体扩散分离 UF6（可气化）
性的目的。
第十九页，编辑于星期六：十六点 十分。
✓ 优点一：兼具反应与分离双重功能，可突破 热力学限制，提高转化率。
✓ 优点二：膜材质本省的优越性。
第二十页，编辑于星期六：十六点 十分。
1.2 无机膜的类型
无机膜
表层结构 不同
多孔膜
致密膜
第二十一页，编辑于星期六：十六点 十分。
致密金属膜 Pd与Pd合金膜 Ag与Ag合金膜
孔径4~60nm的无机膜
无机膜
第十三章无机膜第一节概述一、无机膜的发展概况随着膜技术及其应用的进一步的发展，对膜使用条件提出了愈来愈高的要求，有些显然是高分子膜材料所无法满足的，因此，研究耐高温的无机膜日益受到人们的重视。
无机膜是固态膜的一种，它是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。
与有机膜相比，无机膜具有以下优点：（1）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。
（2）化学稳定性好，耐有机溶剂，耐酸碱，抗微生物侵蚀。
（3）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。
（4）净化操作简单、迅速，价格便宜，保存方便。
（5）孔径分布窄，分离效率高。
目前，从技术上看，无机膜还存在如下缺点：（1）生产成本高，制造技术难度大。
（2）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。
（3）膜器安装因密封的缘故，使其性能不能得到充分利用。
无机膜的研究和应用经历了三个发展阶段。
第一个阶段是在第二次世界大战期间，为了实施Manhattan原子弹计划，欧美等国家采用气体扩散分离技术，利用多孔陶瓷膜材料从天然铀矿中分离UF6，以用于制备核裂变原料235U。
由于UF6具有腐蚀性，可供选择的材料仅是一些金属或陶瓷材料，在组件上则采用管式结构，多层膜涂在多孔管的内侧。
美国橡树岭国家研究实验中心和法国原子能研究中心，都秘密地建造了微孔无机膜多级分离238U和235U 的气体扩散工厂，前苏联也建成了类似的工厂以满足核工业的需要。
70年代国际上出现了两次能源危机，世界各国都加快了核能和平应用的步伐，采用陶瓷膜富集铀235UF6的工业化受到重视。
第二个阶段是在上世纪80年代初至90年代，始于工业无机膜超滤和微滤技术的创立与发展，是由以下三方面的因素促成的：(1)在生产核裂变原料过程中，为了提高气体扩散分离富集的效率，对无机膜的制造已经累积了相当的经验；(2)利用高聚物膜开发的超滤技术在许多领域中获得了广泛的应用；(3)高分子材料制成的分离膜具有热稳定性和化学稳定性差、机械强度低、膜污染严重等缺点。
有机-无机杂化膜
有机-无机杂化膜的研究进展1.简介传统的有机膜具有柔韧性良好、透气性高、密度低的优点，但是它们的耐溶剂性、耐腐蚀、耐温度性都较差，而单纯的无机膜虽然强度高、耐腐蚀、耐溶剂、耐高温，但比较脆，不易加工，因而制备一种兼具有两者优点的膜是目前研究的热点。
有机-无机杂化膜在有机网络中引入无机质点，改善网络结构，增强了膜的机械性能，提高了热稳定性，改善和修饰膜的孔结构和分布，提高膜的渗透性和分离选择性。
2.有机-无机杂化膜的结构有机-无机杂化膜按结构可分为3大类：（1）有机相和无机相间以共价键结合的杂化膜，图1;（2）有机相和无机相间以范德华力或氢键结合的杂化膜，图2，膜从结构上可以分为在有机基质内分散着无机纳米微粒和在无机基质中添加纳米高分子微粒;（3）有机改性的陶瓷膜，图3。
3.有机-无机杂化膜的制备方法制备有机-无机杂化膜的方法包括：溶液-凝胶法、纳米微粒与高分子直接共混法、原位聚合法等。
这里重点介绍前两种方法。
（1）溶胶-凝胶法（sol-gel）溶胶-凝胶法是将无机前驱体溶于水或有机溶剂中形成均匀的溶液，通过水解、缩合反应生成粒子粒径为纳米级的溶胶，再经干燥转变为凝胶。
用溶胶-凝胶法制备的杂化膜内部有机和无机相易发生分离，不易得到均质膜。
当无机组分均匀的分散在有机网络中，且两者间存在一定的相互作用时，易得到透明均质膜。
这种相互作用可以是氢键也可以是化学键，组分间的化学键可以是M-C、M-O-Si-C或M-L（L为有机配体如多羟基配体，有机羧酸等）。
引入化学键有两者方法：一是选用包含有功能性基团的烷氧基硅氧烷单体作为无机前驱体；二是加入偶联剂对有机高聚物进行改性，选用三官能团的硅氧烷，更易得到均质膜。
（2）共混法该方法是高分子可以以溶液形式、乳业形式、熔融形式等与纳米无机微粒共混。
共混法操作方便、工艺简单。
用此方法得到的杂化膜中，纳米微粒空间分布参数难以确定，纳米微粒分布不均匀，易团聚，通过对纳米微粒做表面改性或加入增溶剂进行改性。
无机陶瓷膜与有机膜的区别
无机陶瓷膜的研究始于20世纪 40年代，80年代后期的研究取得了突破性的进展。
我国无机陶瓷膜和分离技术的研究起步较晚，但发展速度较快。
由于具有效率高，耐高温，运行可靠和化学稳定性好等一些列等优点，无机陶瓷膜技术的前景十分广阔。
无机陶瓷膜与高分子有机膜比较具有以下特点：a、无机陶瓷膜孔径分布窄，其分布呈正态分布，误差±10%内的孔径占80%以上，如0.05μm膜，0.049μm-0.051μm之间的膜孔径占所有膜孔径总数的80%，保证了所用膜处理效果的稳定性；这一点与有机膜有较大区别，有机膜一般是以截留分子量来表征膜孔径的，其孔径分布也一般以平均分布为主。
b、无机陶瓷膜的孔隙率高，达35%-40%，保证了高的膜通量；c、无机陶瓷膜分离层结构更合理，分离层及支撑层共4层，孔径分别为5-10、1.0、0.6、0.2μm，形成了真正意义上的梯度膜或称不对称膜，提高了膜的抗污染能力，起分离作用的分离层更薄，为20μm厚，膜清洗也更简单方便；而有机膜一般均为对称膜，抗污染能力差，进膜需经过严格的预处理；d、无机陶瓷膜的强度大，膜层最高可耐压16bar，支撑体最高可耐压30bar，不易损坏，保证了使用膜处理时的效果及处理质量的稳定性；e、无机陶瓷膜高绝缘性能；f、无机陶瓷膜的使用寿命长，一般在5年以上，而有机膜的一般使用寿命为3~6个月；g、无机陶瓷膜的化学稳定性（pH使用范围为0~14）和热稳定性（最高可达400℃）均优于有机膜，可使用强酸、强碱和强氧化剂作为清洗剂，清洗再生更方便容易；并可直接进行蒸气杀菌。
而有机膜一般均不能在高温、强碱或强酸、强氧化剂条件下运行。
从国内外文献表明，在造纸废液处理过程中使用膜均要使用强氧化剂双氧水或次氯酸钠进行清洗，而有机膜最怕的就是与强氧化剂接触，而且一般要求在停机24小时以上时要将有机膜浸泡在1%亚硫酸氢钠溶液（还原剂）中保存，以防止空气氧化；同时陶瓷膜的亲水性也强于大多数的有机膜，这就保证了陶瓷膜在处理水时比有机膜更高的透水性能与单位面积的渗透通量。
第19章-无机膜制备化学-幻灯片
美国官方文件曾说：“18世纪电器改变了整个工业过程， 而20世纪的膜技术将改变整个面貌，目前没有一项技术能 像膜一样广泛地应用”。
日本把膜技术作为21世纪基础技术进行研究与开发，早在 1987年东京国际膜会议上，明确指出：“21世纪的多数 工业中，膜分离技术扮演着战略角色”。
国际上有一种流行的说法，即“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
19.1.3 无机膜制备技术
膜的传质分离性能取决于膜材料的物 理、化学和结构参数，这可以通过适当的 制备工艺及其参数调整，达到优化性能的 目的。
目前的制备方法有：粉体干压成型烧 结法、流延法、轧辊法、注浆成型法、挤 压成型法、溶胶-凝胶法等十多种方法。
表19-1无机膜结构与性能表征方法
表19-2 无机膜材料的制备方法一览表
H
M-OH+ M-OH →M-O-M-OH →M-O-M+H2O
2.无机聚合物溶胶的形成
应用聚合物溶胶制备溶胶-凝胶膜，其方式 与粒子溶胶颇为不同，在这类溶胶中，分 散相是由有机金属前驱体在有机介质中水 解缩合得到，大多数情况下，该过程涉及 到金属烷氧基化合物在醇中的聚合作用。
硅的烷氧化合物的水解与缩合反应速率比 较慢，因此需要碱或算催化剂
1.水溶液中粒子溶胶的形成
采用金属盐（或醇盐）为前驱体，溶于水后，在水介质中 的基本反应有以下三类：
（1）溶剂化 金属阳离子Mz+溶于水中，常为极性水分子所 包围，形成水（溶剂）合离子： Mz++:OH2→[M←OH2]z+
（2）水解反应 水合离子发生水解反应，相应发生电荷转移， 给出质子H+，其水解平衡式可写作： [MOH2]z+↔ [MOH]z-1+ H+ ↔ [M=O]z-2+2H+ 从上式看，水解平衡存在着三种类型的配位基：水合基 （MOH2）；羟基MOH和氧化剂M=O。
保温有机材料和无机材料的区别
保温有机材料和无机材料的区别标签：纤维水泥板水泥压力板水泥板时间：2011-07-11 14:39:41 点击：729 回帖：1上一篇：世邦反击式破碎机，缓解国家建筑下一篇：照明工业动力升级-风光互补路灯考虑到消防防火安全要求下的建筑保温材料的有机与无机保温体系卓创资讯晨曦2011-4-211:05:44 【大中小】【关闭】1、前言随着建筑外墙保温体系的推广，建筑外墙保温体系的火灾隐患给社会带来震撼，公安部、消防局、住房和城乡建设部从社会安全角度出发，先后发布两个文件（公通字[2009]46号，公消[2011]65号），试图通过提高建筑保温材料的阻燃性能，来解决保温市场的安全防火问题。
该文件要求民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B2级。
使建筑外墙保温市场出现新的约束，加剧了建筑保温材料领域中占主导地位的有机体系与无机体系两大保温材料之间的竞争。
从我国不同气候区的建筑保温要求看，要在短时间内推广A级阻燃保温材料而又同时达到建筑节能设计标准是不现实的，因为对不同热工设计气候区的外墙热阻要求有一定的区别，如何针对不同的区域采用不同的建筑保温体系以同时满足建筑节能和消防安全的要求是目前建筑保温行业的巨大挑战。
2、有机与无机保温体系的技术特点及优劣对比有机与无机的保温材料各有优缺点，我国幅员辽阔，温差变化大，外墙保温的材料及技术体系随时间的发展一定会出现多种不同的体系。
根据各个地区的气候条件和建筑类型，因地制宜地选择适当的保温材料，才能兼顾节能与安全。
有机类保温材料主要来源于石油附产品，包括发泡聚苯板（EPS）、挤塑聚苯板（XPS）、喷涂聚氨酯（SPU）以及聚苯颗粒等。
从全国范围看，有机类外墙外保温系统占据了我国当前外墙外保温市场75%以上的份额。
无机保温材料包括膨胀珍珠岩、中空玻化微珠、闭孔珍珠岩、岩棉、矿棉、玻璃棉和轻质砌块自保温体系等，主要取材于无机类材料如石屑、玻璃、工业废渣等。
随着国家对于墙体材料防火安全等级规定的重视及要求，无机保温材料的市场份额将大幅提升。
第十一章-无机模.教学文稿
“重醋轻盐”作为饮食生活中的重要信条，认为这是人类健康的长寿
之道。从国际来看，日本、美国、澳大利亚以及东南亚许多国家都是
食醋消费大国，如日本每年每人食醋7.88kg、美国6.51kg，而中国
仅为0.91kg。由此看出，食醋消费市场具有较大的潜力。据有关部门 统计，我国年产食醋2.8×106t，同时以每年15%的速度递增。
微滤膜元件
膜平均孔径
3～9μm
孔隙率
38%
支撑载体材质 α-Al2O3 (抗氧化SiC)
膜材质
α-Al2O3
α-Al2O3 含量
≥99%
外径
400mm
通道数量
9(1)
通道直径
6.0 (40)mm
膜管长度
1000(1500)mm
过滤面积
0.2(2.8)m2
纯水通量
≥800(l/m2.h.bar)
耐酸碱（pH） 1～14
分析结果
单位
5.26
g/100ml
0.15
g/100ml
0.96
g/100ml
1.75
g/100ml
2.19
g/100ml
2.79
g/100ml
230
个/ml
＜3
MPN/100ml
33.7
K5
1
K1 K10
K6
2
K2 K11
3
研究内容
V2 P2
K9
P1
P3
K7
P4
4
K3
K8
7
5
6
V1
K4
8
K12
K13
2020/7/2
超滤膜元件 0.2～0.6μm
无机薄膜材料与制备技术最全PPT资料
设薄膜、基片都是导体，而且二者的费米能级不同， 由于薄膜的形成，从一方到另一方会发生电荷转移， 在界面上会形成带电的双层。此时，薄膜和基片之 间相互作用的静电力；
0 为真空中的介电常数。 要充分考虑这种力对附着的奉献。
费米能级是绝对零度时电子的最高能级.
实验结果说明：
• ①在金属薄膜-玻璃基片系统中，Au薄膜的附 着力最弱；
• ②易氧化元素的薄膜，一般说来附着力较大； • ③在很多情况下，对薄膜加热〔沉积过程中或
沉积完成之后〕，会使附着力以及附着能增加； • ④基片经离子照射会使附着力增加。
• 一般来说，外表能是指建立一个新的外表 所需要的能量。
• 在溅射成膜过程中，薄膜的外表经常处于高速离 子以及中性粒子的轰击之下，在其他参数相同的 条件下，放电气压越低，这些高速粒子的能量越 大。与薄膜相碰撞的高速粒子会把薄膜中的原子 从阵点位置碰撞离位，并进入间隙位置，产生钉 扎效应〔pinning effect〕。
• 或者这些高速粒子自己进入晶格之中。这些都是 产生压应力的原因。因此，溅射薄膜中的内应力 与溅射条件的关系很密切。
• 金属是高外表能材料，而氧化物是低外表 能材料。
• 外表能的相对大小决定一种材料是否和另 一种材料相湿润并形成均匀黏附层。
• 具有非常低外表能的材料容易和具有较高 外表能的材料相湿润。反之，如果淀积材 料具有较高外表能，那么它容易在具有较 低外表能衬底上形成原子团〔俗称起球〕。
• 氧化物具有特殊的作用。即使对一般的金属 来说不能牢固附着的塑料等基片上也能牢固 附着。
• 薄膜的一个面附着在基片上并受到约束作用，因 此薄膜内容易产生应变。假设考虑与薄膜膜面垂 直的任一断面，断面两侧就会产生相互作用力， 这种相互作用力称为内应力。
膜的定义和分类PPT课件
① 渗透率P：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数J：单位时间、单位膜面积、单位推动力作用下所
透过气体的量；
③ 分离系数α：描述气体分离膜的选择性，一般将其定义为
两种气体i，j渗透系数之比。
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（2）气体膜分离的主要应用 ① 氢气的回收利用； ② 从空气中制取富氮气体和富氧气体。
蒸发；MEC-膜能量转换系统
部分膜过程第1研9页究/共发2展0页状况
感谢您的观看！
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机械截留
吸附 截留
架桥 截留
膜表面截留
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膜内部网络截留
10.2.6 渗析和电渗析
（1）渗析的基本原理
膜两侧溶液中的溶质或溶剂在浓度差的推动下透过膜。
典型过程：血液透析
渗吸液
溶剂
膜
A
溶
剂
溶B 质
x1 x2
原液
渗出液
溶剂＋扩散物质
第13页渗/共透20过页程原理
（2）电渗析的基本原理
溶液中的离子在电位差的推动下
将被传递的物质释放，这种传递 A+B→AB
过程有很高的选择性。
μ‘’A B
μ‘A>μ‘’A A AB AB → A+B
促进传递
◆ 主动传递：膜中的载体同被 传递物质在低化学位侧发生反 应并释放能量，使被传递物质 由低化学位一侧被传递到高化 学位一侧，物质的传递方向为 逆化学位梯度方向。
应用也广泛。
机理模型：
不可逆热力学模型 传递机理模型
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10.2.3 膜的形态结构
(1) 膜的形态结构：主要研究膜的断面与表面。 ◇ 均相膜和异相膜
无机膜的表征
孔隙率
• 孔隙率是孔隙体积与整个膜体积之比，是衡量膜
渗透通量的主要指标。
• 不同膜的孔隙率相差很大，微滤膜一般具有较高
的孔隙率且变化很大（变化范围5%~70%），而 超滤膜通常显示出较低的孔隙率。对于复合膜， 顶层（膜层）的孔隙率较低，底层有较高的孔隙 率。
• 在一给定的膜中，渗透通量与膜层厚度成反比。
• 泡点法、液体驱除法和渗透孔度计法都是建立在
液体毛细管现象，即液体在毛细管中凝聚或液体 在毛细管中上升的基础上的。
• 泡点法的装置及操作均简单，但只能确定最大孔
径以及检查膜内是否存在有裂缝。
• 液体驱除法能给出孔径范围100~ 100000 nm的最
大孔径、平均孔径及孔径分布。
• 渗透孔度计法能测定纳米级（1~100nm）的孔径
致密膜结构
• 各种金属及其合金膜 • 氧化物膜
多孔无机膜的表征内容
• 结构表征和性能表征 • 孔径大小及其分布、孔道形状、孔隙率、
比表面积、孔体积、晶型、渗透性能及结 构缺陷等。其中最重要的参数为孔径大小 及其分布、孔隙率及渗透速率与渗透选择 性。
通过表征了解无机膜的结构及性能，有助于理解膜 在应用中的传质行为和分离特性。
底层的质量对分离膜层的影响
• 要获得光滑平整的分离膜层，必须与一个
光滑的底层相连接。
• 在交界面处，尽量减少膜层粒子堵塞底层
的孔。
膜对孔的要求
• 为了达到有效的分离目的，对于微孔膜要
求孔径大小均匀且无裂缝存在。
• 对于致密膜，要求消除裂纹和针孔。 • 对于双金属合金膜（如Pd-Ag），则看是否
形成了合金。
• 压汞法可以快速地、较符合实际地提供大孔分布