第八章 无机膜的制备PPT课件
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生物工业下游技术 第八章 膜的分离过程
CB
1—CP/CB
CP
截断分子量：相当于一定截留率（90%以上）的最小 被截留溶质的分子量。
影响截留率的因素
• • • • • 溶质分子的大小 分子的形状 吸附作用 其他高分子溶质的影响 温度、pH、离子强度等
四、膜的使用寿命
1.膜的压密作用 在压力的作用下，膜的水通量随运行 时间的延长而逐渐降低，膜外观厚度减少， 膜由半透明变为透明。 影响因素：操作压力和温度。
醋酸纤维膜的处方
• 浇铸液：
醋酸纤维素 25% 丙酮 45% 甲酰胺 30%
• 沉淀剂：水 • 操作条件：浇铸温度 凝胶浴温度 退火温度 退火时间
20℃ 1℃ 78℃ 10min
缺点：
• 制膜的重演性很差 • 不对称膜易压密
2.烧结法
• 取颗粒大小一定的膜材料细粉置于一定的 模具内，严格控制温度和压力，使细粒子 的表面由软变熔，进而互相粘结而形成多 孔体，最后经机械加工即得。 • 有平整不易变形和耐高温的优点。
2. 中空纤维式 • 保留体积小;
• 单位体积中所含过滤面积大;
• 可以逆洗;
• 料液需要预处理;
• 单根纤维损坏时，需调整整个模件。
3.螺旋卷绕式 • 单位体积中所含过滤面积大； • 换新膜容易； • 料液需要预处理； • 压降大； • 易污染，清洗困难。
4.平板式
• 保留体积小，操作费用低的压力降，液流
4.膜污染
• 一种是附着层，由料液中悬浮物堆积于膜 面，由溶解性的有机物粘附和溶解性的无 机物生成的水垢积附、胶体物质和微生物 等吸附于膜面； • 另一种是堵塞，是微细粒子或小分子溶质 吸附、积累在膜表面或膜孔中结晶沉积所 致。
减轻膜污染的方法
• 料液的有效预处理 • 改善膜的表面性质和电荷性 • 改变操作条件
1—CP/CB
CP
截断分子量：相当于一定截留率（90%以上）的最小 被截留溶质的分子量。
影响截留率的因素
• • • • • 溶质分子的大小 分子的形状 吸附作用 其他高分子溶质的影响 温度、pH、离子强度等
四、膜的使用寿命
1.膜的压密作用 在压力的作用下，膜的水通量随运行 时间的延长而逐渐降低，膜外观厚度减少， 膜由半透明变为透明。 影响因素：操作压力和温度。
醋酸纤维膜的处方
• 浇铸液：
醋酸纤维素 25% 丙酮 45% 甲酰胺 30%
• 沉淀剂：水 • 操作条件：浇铸温度 凝胶浴温度 退火温度 退火时间
20℃ 1℃ 78℃ 10min
缺点：
• 制膜的重演性很差 • 不对称膜易压密
2.烧结法
• 取颗粒大小一定的膜材料细粉置于一定的 模具内，严格控制温度和压力，使细粒子 的表面由软变熔，进而互相粘结而形成多 孔体，最后经机械加工即得。 • 有平整不易变形和耐高温的优点。
2. 中空纤维式 • 保留体积小;
• 单位体积中所含过滤面积大;
• 可以逆洗;
• 料液需要预处理;
• 单根纤维损坏时，需调整整个模件。
3.螺旋卷绕式 • 单位体积中所含过滤面积大； • 换新膜容易； • 料液需要预处理； • 压降大； • 易污染，清洗困难。
4.平板式
• 保留体积小，操作费用低的压力降，液流
4.膜污染
• 一种是附着层，由料液中悬浮物堆积于膜 面，由溶解性的有机物粘附和溶解性的无 机物生成的水垢积附、胶体物质和微生物 等吸附于膜面； • 另一种是堵塞，是微细粒子或小分子溶质 吸附、积累在膜表面或膜孔中结晶沉积所 致。
减轻膜污染的方法
• 料液的有效预处理 • 改善膜的表面性质和电荷性 • 改变操作条件
膜的定义和分类
分为两大类：催化膜反应器、惰性膜反应器。
部分膜过程的研究发展状况：
D MF
低
价
UF
速格
RO
增稳
出
ED
长定
售
CR
状
GS
况
PV
LM ME
MR
MD MFd
MD AT FT
性
高 速 增 长
使 用 可 靠 性
MEC
基础研究
过程开发
过程优化
技术状况
D-渗吸；LM-液膜；MF-微孔过滤；ME-膜电解；UF-超过滤；MEd-双 极性膜；RO-反渗透；MD-膜医用装置；ED-电渗吸；FT-促进传递； CR-控制释放；AT-主动传递；GS-气体分离；MR-膜反应器；PV-渗透
10.2.2 膜分离过程
在一定传质推动力下，利用膜对不同物质的透过性差异， 对混合物进行分离的过程。 膜分离过程：气体膜分离、渗透蒸发、渗析、电渗析、反渗透、 纳滤、超滤、微滤、膜萃取、膜吸收、膜精馏、促进传递、液膜、 气膜等过程。 其中：渗析、电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤技术已很成熟，
应用也广泛。
机理模型：
不可逆热力学模型 传递机理模型
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
均相膜：均匀地呈单相存在； 异相膜：不是呈单相存在。
◇ 致密膜和多孔膜 致密膜：结构最紧密的膜； 多孔膜：结构较疏松的膜。
◇ 对称膜和非对称膜 对称膜：膜的厚度方向结构均一、同性； 非对称膜：同种材料，沿膜的厚度方向上呈不同结构。
10.2.9 其他膜过程
（1）控制释放 指：用分离膜控制药物的释放速度和作用时间，被应用于医疗和 农业等方面。
部分膜过程的研究发展状况：
D MF
低
价
UF
速格
RO
增稳
出
ED
长定
售
CR
状
GS
况
PV
LM ME
MR
MD MFd
MD AT FT
性
高 速 增 长
使 用 可 靠 性
MEC
基础研究
过程开发
过程优化
技术状况
D-渗吸；LM-液膜；MF-微孔过滤；ME-膜电解；UF-超过滤；MEd-双 极性膜；RO-反渗透；MD-膜医用装置；ED-电渗吸；FT-促进传递； CR-控制释放；AT-主动传递；GS-气体分离；MR-膜反应器；PV-渗透
10.2.2 膜分离过程
在一定传质推动力下，利用膜对不同物质的透过性差异， 对混合物进行分离的过程。 膜分离过程：气体膜分离、渗透蒸发、渗析、电渗析、反渗透、 纳滤、超滤、微滤、膜萃取、膜吸收、膜精馏、促进传递、液膜、 气膜等过程。 其中：渗析、电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤技术已很成熟，
应用也广泛。
机理模型：
不可逆热力学模型 传递机理模型
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
均相膜：均匀地呈单相存在； 异相膜：不是呈单相存在。
◇ 致密膜和多孔膜 致密膜：结构最紧密的膜； 多孔膜：结构较疏松的膜。
◇ 对称膜和非对称膜 对称膜：膜的厚度方向结构均一、同性； 非对称膜：同种材料，沿膜的厚度方向上呈不同结构。
10.2.9 其他膜过程
（1）控制释放 指：用分离膜控制药物的释放速度和作用时间，被应用于医疗和 农业等方面。
09无机膜的制备(共33张)
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷(táocí)工艺 制备多孔陶瓷(táocí)支撑膜和微滤膜
挤压成型机示意图
第17页，共33页。
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷(táocí)工 艺制备多孔陶瓷(táocí)支撑膜和微滤膜
陶瓷粉体 20～100mm
有机添加物 如纤维素衍 生物，淀粉
混 合 加水练泥 坯料陈腐
多孔陶瓷管
烧成
挤压成型
挤压成型法工艺流程图
第18页，共33页。
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷(táocí)工艺 制备多孔陶瓷(táocí)支撑膜和微滤膜
第19页，共33页。
§8.2 有机和高聚物辅助(fǔzhù)的新型陶瓷工艺 制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜 －
稳定悬浮液的制备 多孔支撑体上浸浆成膜 湿膜的干燥 热处理
第八章 无机 膜的制备 (wújī)
第1页，共33页。
§8.1 概 论
1. 无机膜及发展概况(gàikuàng) —— 隔膜，是把两个物相空间隔开而又
使之互相关联、发生质量和能量传输过程 的一个中间介入相。
—— 固态、液态和气态。 —— 致密，多孔。
第2页，共33页。
§8.1 概 论
十八世纪电器改变了整个工业过程，而 20世纪膜技术将改变整个面貌。目前没有 一项技术能向膜技术那么(nà me)广泛地应用。
无电极电镀 将基体材料浸入适当的镀液中， 多孔基体上如Pd、Pd基
法
通过氧化还原反应形成涂层
合金，Cu、Ni等金属膜
第15页，共33页。
§7.2 有机和高聚物辅助的新型(xīnxíng)陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
表面活性剂： 粘结剂: 润饰剂，增稠剂，流变助剂，
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
《无机化学》第8章.配位化合物PPT课件
配位化合物的发展趋势与展望
新材料与新能源
随着人类对新材料和新能源需求的不断增加，配位化合物有望在太 阳能电池、燃料电池等领域发挥重要作用。
生物医药领域
配位化合物在药物设计和治疗方面的应用前景广阔，有望为人类疾 病的治疗提供新的解决方案。
环境科学领域
配位化合物在处理环境污染和保护生态环境方面具有潜在的应用价值， 未来有望为环境保护做出贡献。
螯合物
由两个或更多的配位体与同一 中心原子结合而成的配合物，
形成环状结构，如： Fe(SCN)3。
命名
一般命名法
根据配位体和中心原子的名称，加上 “合”字和数字表示配位数的顺序来 命名，如：Co(NH3)5Cl。
系统命名法
采用系统命名法，将配位体名称按照 一定的顺序列出，加上“合”字和数 字表示配位数的顺序，最后加上中心 原子名称，如： (NH4)2[Co(CO3)2(NH3)4]·2H2O。
配位化合物的种类繁多，其组成和结 构取决于中心原子或离子和配位体的 性质。
配位化合物的形成条件
01
存在可用的空轨道 和孤对电子
中心原子或离子必须有可用的空 轨道，而配位体则需提供孤对电 子来形成配位键。
02
能量匹配
中心原子或离子和配位体的能量 状态需要匹配，以便形成稳定的 配位化合物。
03
空间和电子构型适 应性
中心原子或离子和配位体的空间 和电子构型需相互适应，以形成 合适的几何构型和电子排布。
02
配位化合物的组成与结构
组成
配位体
提供孤电子对与中心原子形成配位键的分子或离子。常见的配位 体有：氨、羧酸、酰胺、酸酐、醛、酮、醇、醚等。
中心原子
接受配位体提供的孤电子对形成配位键的原子。常见的中心原子有： 过渡金属元素的离子。
2.2 细胞中的无机物课件(共27张PPT)
设置对照实验(设某种无机盐为M)。
2.2 无机盐的生理作用
（以Fe元素为例）
生长状况相同的正常同种植物分两组
甲组：缺Fe的完全培养液
乙组：完全培养液
出现缺乏症
植物正常生长 植物正常生长
加入Fe元素再培养
Fe为植物生长的非必需元素
缺乏症消失
Fe为植物生长的必需元素
课堂小结
一、细胞中的水
（一）水的含量 （二）水在细胞中的存在形式和作用
2.2 无机盐的生理作用
3.生物体内的某些无机盐离子，必须保持一定的量，这对维持细胞的 酸碱平衡也非常重要。
常见缓冲对:H2CO3/HCO3-、HPO42-/H2PO4-
剧烈运动时：H+ + NaHCO3
Na+ + H2CO3
H2O+CO2由肺排出
蔬果中的碱：OH- + H2CO3
H2O + HCO3-
二、细胞中的无机盐
（一）含量和存在形式 （二）生理作用
课堂练习
1、下列离子中哪项不是细胞需要的（ ）
阳离子 Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等
阴离子 Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等
含量：很少，仅占1％－1.5％
2.2 无机盐的生理作用
资料1 下图是一种叶绿素分子和血红素分子 局部结构简图。
讨论: 1．植物体缺Mg会影响光合作用，
为什么？
2．有一种贫血症叫缺铁性贫血症，
自由水
结合水
（2）比较新鲜种子和干种子谁的新陈代谢相对旺盛？
新鲜种子的新陈代谢相对旺盛（自由水含量越高，新陈代谢越旺盛） （3）同体积的水和同体积的果汁放入冰箱中谁最先结冰？ 水
2.2 无机盐的生理作用
（以Fe元素为例）
生长状况相同的正常同种植物分两组
甲组：缺Fe的完全培养液
乙组：完全培养液
出现缺乏症
植物正常生长 植物正常生长
加入Fe元素再培养
Fe为植物生长的非必需元素
缺乏症消失
Fe为植物生长的必需元素
课堂小结
一、细胞中的水
（一）水的含量 （二）水在细胞中的存在形式和作用
2.2 无机盐的生理作用
3.生物体内的某些无机盐离子，必须保持一定的量，这对维持细胞的 酸碱平衡也非常重要。
常见缓冲对:H2CO3/HCO3-、HPO42-/H2PO4-
剧烈运动时：H+ + NaHCO3
Na+ + H2CO3
H2O+CO2由肺排出
蔬果中的碱：OH- + H2CO3
H2O + HCO3-
二、细胞中的无机盐
（一）含量和存在形式 （二）生理作用
课堂练习
1、下列离子中哪项不是细胞需要的（ ）
阳离子 Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等
阴离子 Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等
含量：很少，仅占1％－1.5％
2.2 无机盐的生理作用
资料1 下图是一种叶绿素分子和血红素分子 局部结构简图。
讨论: 1．植物体缺Mg会影响光合作用，
为什么？
2．有一种贫血症叫缺铁性贫血症，
自由水
结合水
（2）比较新鲜种子和干种子谁的新陈代谢相对旺盛？
新鲜种子的新陈代谢相对旺盛（自由水含量越高，新陈代谢越旺盛） （3）同体积的水和同体积的果汁放入冰箱中谁最先结冰？ 水
第八章膜分离案例
液膜由膜溶剂、表面活性剂、流动载体、膜 增强添加剂组成。
23
• 膜溶剂： • 成膜的基体物质、一般为水或有机溶剂。
表面活性剂：降低液膜的表面张力，对液膜 的稳定性、渗透速度、分离效率和膜的重复使 用有直接影响。
流动载体：选择性迁移指定溶质或离子，常 为某种萃取剂。
24
液膜分离的优点
（１）分离过程中没有相变化，他不需要使液体 沸腾，也不需要使气体液化。因而是一种低能 耗，低成本的分离技术。
48
在一定的温度压力下，纯水的化学位为
m0 (T , P1 )
而盐水的化学为 m(T ,=P1 ) m+(0TR, PT1 )lna
纯水的活度为1，而溶液中水的活度一般小于1，
∴RTlna＜0
∴
m ＜ (T ,P1 )
m0 (T , P1 )
Hale Waihona Puke 纯水的化学位大于溶液中水的化学位，所以
引起纯水向溶液方向渗透，并不断增加溶液侧的压力。
41
通量衰减系数：由于过程的浓差极化、膜的压 密以及膜孔堵塞等原因，膜的渗透通量随时 间衰减，可用下式表示： Jθ=Joθm
Jo—初始时间的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； θ—使用时间，h(s)； Jθ—时间θ时的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； M—衰减系数。
42
11.4 膜组件
③ 工业废水的处理；
（２）元素的分离，富集；
（３）金属，物质的分离，回收；
（４）气体分离；
（５）其他方面；
27
液膜分离装置
• （１）乳化液膜分离 • ①制备乳液 • ②液膜萃取 • ③破乳 • （２）隔膜含浸型液膜
28
• 乳化液膜和支撑 液膜 分离机理：
23
• 膜溶剂： • 成膜的基体物质、一般为水或有机溶剂。
表面活性剂：降低液膜的表面张力，对液膜 的稳定性、渗透速度、分离效率和膜的重复使 用有直接影响。
流动载体：选择性迁移指定溶质或离子，常 为某种萃取剂。
24
液膜分离的优点
（１）分离过程中没有相变化，他不需要使液体 沸腾，也不需要使气体液化。因而是一种低能 耗，低成本的分离技术。
48
在一定的温度压力下，纯水的化学位为
m0 (T , P1 )
而盐水的化学为 m(T ,=P1 ) m+(0TR, PT1 )lna
纯水的活度为1，而溶液中水的活度一般小于1，
∴RTlna＜0
∴
m ＜ (T ,P1 )
m0 (T , P1 )
Hale Waihona Puke 纯水的化学位大于溶液中水的化学位，所以
引起纯水向溶液方向渗透，并不断增加溶液侧的压力。
41
通量衰减系数：由于过程的浓差极化、膜的压 密以及膜孔堵塞等原因，膜的渗透通量随时 间衰减，可用下式表示： Jθ=Joθm
Jo—初始时间的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； θ—使用时间，h(s)； Jθ—时间θ时的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； M—衰减系数。
42
11.4 膜组件
③ 工业废水的处理；
（２）元素的分离，富集；
（３）金属，物质的分离，回收；
（４）气体分离；
（５）其他方面；
27
液膜分离装置
• （１）乳化液膜分离 • ①制备乳液 • ②液膜萃取 • ③破乳 • （２）隔膜含浸型液膜
28
• 乳化液膜和支撑 液膜 分离机理：
化工分离工程PPT课件
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
二
天然膜 生物膜
、
天然物质改性膜 人工膜 无机膜 金属膜
设 备
非金属膜 有机膜 均质膜
微孔膜
管卷板 式式框
式
非对称性膜
复合膜
离子交换膜
➢ 膜性能：
1.分离透过性
a. 透过通量
单位时间通过单位膜面积的物理量。
b. 分离效率 用截留率表示： （R）
截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用
操作中：
阳膜中带负电荷的基团“R SO3 ” 吸引溶液中带正电荷的离子，排斥带负电荷 的离子；
阴膜中带正电荷的基团“R N (CH3 )3 ” 吸引带负电荷的离子，排斥带正电荷的 离子
这种现象称：反粒子迁移
即：与膜所带电荷相反的离子穿过膜的现象 称反粒子迁移。
+++++++++++
1
Na
新型分离技术
第一节 膜分离技术 第二节 吸附分离 第三节 反应精馏
第一节 膜分离技术
➢ 膜的作用：
选择渗透
➢ 适用：
1.热敏性物质 ——可常温操作
2.特殊溶液 ——可用于大分子、无机盐、蛋
白质溶液等
第一节 膜分离技术
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
分离用膜和膜分离设备 反渗透 超滤与微滤 电渗析 其它膜分离
J — 时间时的渗透通量 kg / m 2 h m — 率减系数（小数）
2. 物化稳定性
强度、耐温、耐压性等
二、分离设备 （1）板框式膜具
↑↑
（2）卷式膜具 由四层组成
精细化工概论PPT课件
2、高温性能好；
料的刚度除以密度称为比刚度。
3、抗疲劳和抗热震性良好；
4、使用寿命长。
14
二、氧化铝纤维（多晶陶瓷纤维）
1、组成：主要成分Al2O3，含有少量 SiO2,B2O3,MgO等。是一种多晶陶瓷纤维， 具有长纤、短纤、晶须等多种形式。
15
2、氧化铝纤维的优点
①可以在更高的温度下保持很好的拉伸强度， 有望应用在1400℃以上的高温场合；
暗中发光的原因，称为磷光。白磷在空气这慢慢氧化，当表面
上积聚的热量使温度达到40℃时，便达到了白磷的燃点，将引起 自燃，因此白磷保存在冷水中。此外白磷受撞击、摩擦或与氯盐
酸等氧化剂接触会立即着火甚至爆炸。还有，白磷属于剧毒品
（包括与皮肤接触造成的吸收中毒）。若皮肤不慎接触白磷，可 在接触处涂0.2mg/lCuSO4溶液。
P4 + 10CuSO4 + 16H2O
10Cu +4H3PO4 +10H2SO4
24
2019/9/21
25
磷酸盐是无机盐工业中的重要产品系列，由于在新 领域、新技术、新兴产业中越来越得到广泛地使用，
磷酸盐正在从肥料时代转向功能材料时代。由
于磷酸盐不断地向更多产业部门渗透，特别是尖端 科学和新兴产业部门，使磷酸盐已逐渐成为国民经 济中具有重要作用的一个系列品种。
正磷酸
OH OH P OH
O
H3PO4
偏磷酸
OH OPO
HPO3
焦磷酸
OH OH OPOPO
OH OH
H4P2O7
continue
23
白磷
分子式P4 ，是无色或黄色的有大蒜气味的蜡状固体，不溶于水
无机材料合成与制备PPT课件
29
(3) 层岛复合(Stranski-Krastanov)生长模式：
在层岛复合生长模式下，最开始的一两个原子层的层状 生长之后，生长模式从层状模式转化为岛状模式，如上 图c所示。 导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本的原因 应该可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。 被列举出来解释这一生长模式的原因至少有以下三种：
一般来说，足够厚的薄膜的晶格结构与块体相同，只有在 超薄薄膜中其晶格常数才与块材时明显不同；
薄膜的晶体结构与沉积时吸附原子的迁移率有关，它可以 从完全无序，即无定形非晶膜过渡到高度有序的单晶膜， 即薄膜的晶体结构包括单晶、多晶和非晶结构(？)。
6
7
8
薄膜的四种典型组织形态：
在薄膜沉积的过程中，入射的气相原子首先会被衬底或薄 膜表面所吸附。若这些原子具有足够的能量，它们将在衬底或 薄膜表面进行一定的扩散(迁移)，除了可能脱附的部分原子之 外，其他的原子将到达薄膜表面的某些低能位置并沉积下来。
10
11
形态1型：在温度很低、气体压力较高的情况 下，入射粒子的能量很低，这种情况下形成的 薄膜微观组织。
由于温度低，原子的表面扩散能力有限，沉积到衬底表面的 原子即已失去了扩散能力。导致沉积的薄膜组织呈现一种数十纳 米直径的细纤维状的组织形态，纤维内部陷密度很高或者就是非 晶态的结构；纤维间的结构明显疏松，存在着许多纳米尺寸的孔 洞。
示振荡频率变化与薄膜质量膜厚之间关系的基本公式。
24
电阻法:
由于电阻值与电阻的形状有关，利用这一原理来测量膜 厚的方法称为电阻法。
电阻法是测量金属薄膜厚度最简单的一种方法。测量原 理：金属导电膜的阻值随膜厚的增加而下降。
如果认为薄膜的电阻率与块状材料相同，则可由下式来 确定膜厚，即：
(3) 层岛复合(Stranski-Krastanov)生长模式：
在层岛复合生长模式下，最开始的一两个原子层的层状 生长之后，生长模式从层状模式转化为岛状模式，如上 图c所示。 导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本的原因 应该可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。 被列举出来解释这一生长模式的原因至少有以下三种：
一般来说，足够厚的薄膜的晶格结构与块体相同，只有在 超薄薄膜中其晶格常数才与块材时明显不同；
薄膜的晶体结构与沉积时吸附原子的迁移率有关，它可以 从完全无序，即无定形非晶膜过渡到高度有序的单晶膜， 即薄膜的晶体结构包括单晶、多晶和非晶结构(？)。
6
7
8
薄膜的四种典型组织形态：
在薄膜沉积的过程中，入射的气相原子首先会被衬底或薄 膜表面所吸附。若这些原子具有足够的能量，它们将在衬底或 薄膜表面进行一定的扩散(迁移)，除了可能脱附的部分原子之 外，其他的原子将到达薄膜表面的某些低能位置并沉积下来。
10
11
形态1型：在温度很低、气体压力较高的情况 下，入射粒子的能量很低，这种情况下形成的 薄膜微观组织。
由于温度低，原子的表面扩散能力有限，沉积到衬底表面的 原子即已失去了扩散能力。导致沉积的薄膜组织呈现一种数十纳 米直径的细纤维状的组织形态，纤维内部陷密度很高或者就是非 晶态的结构；纤维间的结构明显疏松，存在着许多纳米尺寸的孔 洞。
示振荡频率变化与薄膜质量膜厚之间关系的基本公式。
24
电阻法:
由于电阻值与电阻的形状有关，利用这一原理来测量膜 厚的方法称为电阻法。
电阻法是测量金属薄膜厚度最简单的一种方法。测量原 理：金属导电膜的阻值随膜厚的增加而下降。
如果认为薄膜的电阻率与块状材料相同，则可由下式来 确定膜厚，即：
第19章-无机膜制备化学-幻灯片
引言
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。
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。
《膜分离技术》PPT课件
蛋白质、无机盐
缓冲液
精选ppt
无机盐
34
2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
35
• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
11
17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
缓冲液
精选ppt
无机盐
34
2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
35
• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
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17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
薄膜的制备工艺ppt课件
③对薄膜制备所需温度低，从而能在较温和条件下制备出 多种功能材料，对于制备那些含有易挥发组分或在高温下 易发生相分离的多元体系来说非常有利；
④很容易大面积地在各种不同形状（平板状、圆棒状、圆 管内壁、球状及纤维状等）、不同材料（如金属、玻璃、 陶瓷、高分子等）的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材 料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以实现的；
在干燥过程中薄膜的横向（平行于基片）收缩完
全被限制，而只能发生沿基片平面法线方向的纵
向收缩。
33
⑤焙烧 通过聚合反应得到的凝胶是晶态的，含有H2O、
⑤制备纳米结构薄膜材料； ⑥用料省，成本较低。
24
2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
有机途径
通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶 胶。在该工艺过程中，因涉及水和有机物， 所以通过这种途径制备的薄膜在干燥过程 中容易龟裂（由大量溶剂蒸发而产生的残 余应力所引起）。客观上限制了制备薄膜 的厚度。
15
2.2化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体， 在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
16
化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
④很容易大面积地在各种不同形状（平板状、圆棒状、圆 管内壁、球状及纤维状等）、不同材料（如金属、玻璃、 陶瓷、高分子等）的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材 料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以实现的；
在干燥过程中薄膜的横向（平行于基片）收缩完
全被限制，而只能发生沿基片平面法线方向的纵
向收缩。
33
⑤焙烧 通过聚合反应得到的凝胶是晶态的，含有H2O、
⑤制备纳米结构薄膜材料； ⑥用料省，成本较低。
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2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
有机途径
通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶 胶。在该工艺过程中，因涉及水和有机物， 所以通过这种途径制备的薄膜在干燥过程 中容易龟裂（由大量溶剂蒸发而产生的残 余应力所引起）。客观上限制了制备薄膜 的厚度。
15
2.2化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体， 在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
16
化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
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2. 挤压成型法
挤压成型机示意图
17
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
2. 挤压成型法
陶瓷粉体 20～100mm
有机添加物 如纤维素衍 生物，淀粉
混合
加水练泥
坯料陈腐
多孔陶瓷管
烧成 挤压成型
挤压成型法工艺流程图
18
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
第八章 无机膜的制备
1
§8.1 概 论
1. 无机膜及发展概况 膜 —— 隔膜，是把两个物相空间隔开而又 使之互相关联、发生质量和能量传输过程 的一个中间介入相。 状态 —— 固态、液态和气态。 结构 —— 致密，多孔。
2
§8.1 概 论
十八世纪电器改变了整个工业过程，而 20世纪膜技术将改变整个面貌。目前没有 一项技术能向膜技术那么广泛地应用。
类似于流延法制成均一稳定陶瓷浆 料浇注入多孔材料制的模具中，由 于模具吸去溶剂而形成膜层，干燥 后脱膜烧结
多孔陶瓷管，复杂形状部 件， mm孔径
挤压成型法 陶瓷粉料与各种有机添加剂均匀混 单管、多道管材，可获得
合、真空练泥形成塑性形坯，挤压 所需孔率、孔径的多孔支
成型，干燥后热处理
撑材料
13
§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
—— 美国官方文件 在21世纪的多数工业中膜分离技术扮 演着战略的角色。
—— 日本 “第三次工业革命 ”
3
§8.1 概 论
膜发展历史： 有机高分子膜材料 无机膜——陶瓷膜，陶瓷基复合膜
4
§8.1 概 论
种类： 化学组成 膜的物理形态 结构及膜的应用范围
5
§8.1 概 论
无机膜分离原理 形状 —— 管状（单管，多管）和板状。 膜孔径大小 —— 过滤膜（1～15mm），
法
通过氧化还原反应形成涂层
合金，Cu、Ni等金属膜
15
§7.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
1. 陶瓷工艺过程用的添加剂 表面活性剂： 粘结剂: 润饰剂，增稠剂，流变助剂， 增塑剂，润滑剂。 PVA，纤维素，PEG
16
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
名称
技术或方法简要说明
特点和应用范围
泡沫塑料浸 以泡沫塑料浸渍陶瓷浆料后热处 大孔径，高孔隙率的多
渍浆料法 理除去有机高分子，烧制
孔材料
悬浮粒子法 将均一浆料注入多孔陶瓷管中， 由大孔支撑体制备过渡 形成一层粒子堆积层，干燥、热 层和微滤膜层 处理、形成顶层膜
溶胶－凝胶 金属有机化合物或无机盐水解形 超滤或纳滤孔径顶层膜
7
§8.1 概 论
2. 无机膜的技术应用 ➢ 食品、饮料和生物技术领域 ➢ 无机膜在石油、化工、冶金领域中有着巨
大的前景 ➢ 无机膜技术在环境治理方面颇有应用潜力 ➢ 高温陶瓷膜燃料电池
8
§8.1 概 论
3. 无机膜制备技术 膜对不同物质的分离传质机制可以是
一种或几种共同发生作用，既依赖于被分 离体系的物理、化学性质，更取决于膜的 结构与性能。
3 流延法
19
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
4. 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法 稳定悬浮液的制备 多孔支撑体上浸浆成膜 湿膜的干燥 热处理
20
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
4. 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法
陶瓷粉料 无机和有机添加物
微滤膜（0.1~1.5mm）， 超滤膜（2～100nm）， 纳滤膜（2nm）以下。
6
§8.1 概 论
结构形式： 对称膜 —— 断面结构均一。厚度影响透过量，
厚度大，透过量小，反之强度低。 不对称复合膜 —— 大孔径的多孔支撑体表面上
制备一层或多层孔径更小的 起分离作用的薄层，断面不对 称，亦称为支撑体膜。
11
§8.1 概 论
表征内容 应用评价 传质速率
分离性能
膜反应器评价
测试方法与技术
单质气体渗透速率， 纯净液体流通量 气体分离系数， 截流分子量曲线
以模型反应的产率、转化率和 选择性进行表征
12
§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
名称
技术或方法简要说明
特点和应用范围
粉体干压成 陶瓷粉与造孔剂、粘结剂混合在模 简单易行，实验室用，
特点和应用范围
有机高聚物 将高聚物溶液涂在多孔膜基底上 制备孔径大于1微米的碳
热解法
进行热处理，得到孔径更小的顶 分子筛膜
层膜
化学气相沉 积法
大面积、大批量、复杂 形状部件，缩孔或对多 孔材料进行化学修饰， 透氢、透氧
物理气相沉 积法
不适用于复杂形状的表 面涂层
无电极电镀 将基体材料浸入适当的镀液中， 多孔基体上如Pd、Pd基
法
成溶胶，涂制或浸渍在多孔基材
上，干燥、热处理即可
相分离－离 用于制造微孔玻璃膜 析法
多孔金属膜，微孔玻璃 膜
阳极氧化法 高纯铝在酸性电解质中阳极氧化 孔径为数十纳米，成圆 形成Al2O3，然后以强酸溶去未 柱状垂直于膜表面 作用的铝而得到多孔膜
14
§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
名称
技术或方法简要说明
陶瓷粉料 无机和有机添加物
悬浮液过滤和脱气
支撑体的预处理（切割、 打磨、抛光）和涂膜表面 的处理
料浆涂膜
湿膜干燥
烧结
陶瓷微滤膜
21
4 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法
陶瓷粒子悬浮液稳定方法
22
4 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法
烧结温度对a－Al2O3微滤膜孔径 及其分布的影响
23
§8.3 溶胶－凝胶法制备多孔陶瓷膜
无机膜制备的两种溶胶－凝胶路线工艺流程示意图 24
9
§8.1 概 论
表征内容 孔结构 最大孔径 平均孔径 孔径分布 曲折因子 孔隙率
测试方法与技术
泡压法 泡压法、等温氮吸附，压汞法
毛细凝胶法 纯水渗透法 阿基米德法，BET，压汞法
10
§8.1 概 论
表征内容 微结构 表面形貌 断面形貌 膜厚度 晶粒结构 物相
测试方法与技术
SEM、TEM、AFM、STM SEM、STM SEM TEM、SEM XRD
径
流延法
陶瓷粉与粘结剂 、分散剂、塑化 剂、溶剂按比例调制成稳定浆料在 流延机上制成带状素坯，经干燥灼 烧形成板材
大面积薄板、带材的重要 工艺，制备陶瓷基板和多 层膜材料
轧辊法
陶瓷粉与粘结剂 、塑化剂混合以 大面积、大孔径多孔陶瓷
及双面辊对压成薄带后热处理
板
注浆成型法
挤压成型机示意图
17
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
2. 挤压成型法
陶瓷粉体 20～100mm
有机添加物 如纤维素衍 生物，淀粉
混合
加水练泥
坯料陈腐
多孔陶瓷管
烧成 挤压成型
挤压成型法工艺流程图
18
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
第八章 无机膜的制备
1
§8.1 概 论
1. 无机膜及发展概况 膜 —— 隔膜，是把两个物相空间隔开而又 使之互相关联、发生质量和能量传输过程 的一个中间介入相。 状态 —— 固态、液态和气态。 结构 —— 致密，多孔。
2
§8.1 概 论
十八世纪电器改变了整个工业过程，而 20世纪膜技术将改变整个面貌。目前没有 一项技术能向膜技术那么广泛地应用。
类似于流延法制成均一稳定陶瓷浆 料浇注入多孔材料制的模具中，由 于模具吸去溶剂而形成膜层，干燥 后脱膜烧结
多孔陶瓷管，复杂形状部 件， mm孔径
挤压成型法 陶瓷粉料与各种有机添加剂均匀混 单管、多道管材，可获得
合、真空练泥形成塑性形坯，挤压 所需孔率、孔径的多孔支
成型，干燥后热处理
撑材料
13
§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
—— 美国官方文件 在21世纪的多数工业中膜分离技术扮 演着战略的角色。
—— 日本 “第三次工业革命 ”
3
§8.1 概 论
膜发展历史： 有机高分子膜材料 无机膜——陶瓷膜，陶瓷基复合膜
4
§8.1 概 论
种类： 化学组成 膜的物理形态 结构及膜的应用范围
5
§8.1 概 论
无机膜分离原理 形状 —— 管状（单管，多管）和板状。 膜孔径大小 —— 过滤膜（1～15mm），
法
通过氧化还原反应形成涂层
合金，Cu、Ni等金属膜
15
§7.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
1. 陶瓷工艺过程用的添加剂 表面活性剂： 粘结剂: 润饰剂，增稠剂，流变助剂， 增塑剂，润滑剂。 PVA，纤维素，PEG
16
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
名称
技术或方法简要说明
特点和应用范围
泡沫塑料浸 以泡沫塑料浸渍陶瓷浆料后热处 大孔径，高孔隙率的多
渍浆料法 理除去有机高分子，烧制
孔材料
悬浮粒子法 将均一浆料注入多孔陶瓷管中， 由大孔支撑体制备过渡 形成一层粒子堆积层，干燥、热 层和微滤膜层 处理、形成顶层膜
溶胶－凝胶 金属有机化合物或无机盐水解形 超滤或纳滤孔径顶层膜
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§8.1 概 论
2. 无机膜的技术应用 ➢ 食品、饮料和生物技术领域 ➢ 无机膜在石油、化工、冶金领域中有着巨
大的前景 ➢ 无机膜技术在环境治理方面颇有应用潜力 ➢ 高温陶瓷膜燃料电池
8
§8.1 概 论
3. 无机膜制备技术 膜对不同物质的分离传质机制可以是
一种或几种共同发生作用，既依赖于被分 离体系的物理、化学性质，更取决于膜的 结构与性能。
3 流延法
19
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
4. 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法 稳定悬浮液的制备 多孔支撑体上浸浆成膜 湿膜的干燥 热处理
20
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
4. 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法
陶瓷粉料 无机和有机添加物
微滤膜（0.1~1.5mm）， 超滤膜（2～100nm）， 纳滤膜（2nm）以下。
6
§8.1 概 论
结构形式： 对称膜 —— 断面结构均一。厚度影响透过量，
厚度大，透过量小，反之强度低。 不对称复合膜 —— 大孔径的多孔支撑体表面上
制备一层或多层孔径更小的 起分离作用的薄层，断面不对 称，亦称为支撑体膜。
11
§8.1 概 论
表征内容 应用评价 传质速率
分离性能
膜反应器评价
测试方法与技术
单质气体渗透速率， 纯净液体流通量 气体分离系数， 截流分子量曲线
以模型反应的产率、转化率和 选择性进行表征
12
§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
名称
技术或方法简要说明
特点和应用范围
粉体干压成 陶瓷粉与造孔剂、粘结剂混合在模 简单易行，实验室用，
特点和应用范围
有机高聚物 将高聚物溶液涂在多孔膜基底上 制备孔径大于1微米的碳
热解法
进行热处理，得到孔径更小的顶 分子筛膜
层膜
化学气相沉 积法
大面积、大批量、复杂 形状部件，缩孔或对多 孔材料进行化学修饰， 透氢、透氧
物理气相沉 积法
不适用于复杂形状的表 面涂层
无电极电镀 将基体材料浸入适当的镀液中， 多孔基体上如Pd、Pd基
法
成溶胶，涂制或浸渍在多孔基材
上，干燥、热处理即可
相分离－离 用于制造微孔玻璃膜 析法
多孔金属膜，微孔玻璃 膜
阳极氧化法 高纯铝在酸性电解质中阳极氧化 孔径为数十纳米，成圆 形成Al2O3，然后以强酸溶去未 柱状垂直于膜表面 作用的铝而得到多孔膜
14
§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
名称
技术或方法简要说明
陶瓷粉料 无机和有机添加物
悬浮液过滤和脱气
支撑体的预处理（切割、 打磨、抛光）和涂膜表面 的处理
料浆涂膜
湿膜干燥
烧结
陶瓷微滤膜
21
4 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法
陶瓷粒子悬浮液稳定方法
22
4 不对称结构微滤膜的制备－悬浮离子法
烧结温度对a－Al2O3微滤膜孔径 及其分布的影响
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§8.3 溶胶－凝胶法制备多孔陶瓷膜
无机膜制备的两种溶胶－凝胶路线工艺流程示意图 24
9
§8.1 概 论
表征内容 孔结构 最大孔径 平均孔径 孔径分布 曲折因子 孔隙率
测试方法与技术
泡压法 泡压法、等温氮吸附，压汞法
毛细凝胶法 纯水渗透法 阿基米德法，BET，压汞法
10
§8.1 概 论
表征内容 微结构 表面形貌 断面形貌 膜厚度 晶粒结构 物相
测试方法与技术
SEM、TEM、AFM、STM SEM、STM SEM TEM、SEM XRD
径
流延法
陶瓷粉与粘结剂 、分散剂、塑化 剂、溶剂按比例调制成稳定浆料在 流延机上制成带状素坯，经干燥灼 烧形成板材
大面积薄板、带材的重要 工艺，制备陶瓷基板和多 层膜材料
轧辊法
陶瓷粉与粘结剂 、塑化剂混合以 大面积、大孔径多孔陶瓷
及双面辊对压成薄带后热处理
板
注浆成型法