第八章 无机膜的制备PPT课件

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
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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
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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
第八章 无机膜的制备
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§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。
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§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。
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
3 流延法
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§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Baidu Nhomakorabea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
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§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
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
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§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
名称
技术或方法简要说明
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
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§8.1 概 论 — 无机膜的制备方法
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§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
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§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，
型烧结法 具中加压、成型后热处理
mm孔径
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
微滤膜（0.1~1.5mm）， 超滤膜（2～100nm）， 纳滤膜（2nm）以下。
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§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。
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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
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§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。
法
通过氧化还原反应形成涂层
合金，Cu、Ni等金属膜
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§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
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§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
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
无机膜制备的两种溶胶－凝胶路线工艺流程示意图 24
2. 挤压成型法
挤压成型机示意图
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§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
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§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
—— 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 ”
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§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
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§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
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§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），
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§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
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§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