有机膜和无机膜的比较
* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-09-27 12:21:48 * 浏览: 28
膜是在表面具有某些物理或化学性质的屏障。根据膜材料的不同，膜可分为有机膜和无机膜。其中，有机膜也称为聚合物分离膜。它们是由具有分离流体混合物功能的聚合物或聚合物复合材料制成的膜，通常包括成膜材料，例如乙酸纤维素，芳族聚酰胺，聚醚砜和含氟聚合物。无机膜是指由金属，金属氧化物，陶瓷，沸石，多孔玻璃等无机材料作为分离介质的半透膜。常用的材料有Al2O3，ZrO2，TiO2，SiO2，SiC等。作者总结了这两种膜技术的综合性能，分析了它们在各自应用领域中的技术优缺点，并为它们的应用提供了一定的理论参考。膜技术的工业应用。 1技术背景和起源20世纪上半叶，聚合物膜和电渗析膜的开发和应用占很大比例，而无机膜则主要用于早期核工业燃料铀的富集过程，直到1980年代的应用才被广泛使用。膜分离技术的发展历史和应用概述如表1所示。2膜的分类和制备方法2.1膜的分类有机膜的成膜材料主要是聚合物或聚合物复合材料。从微滤和超滤膜的最初开发开始，它们的类型几乎包括反渗透，纳滤，所有膜技术过程，例如电渗析和全蒸发。从不同的角度来看，无机膜有多种分类。根据表面结构的不同，可分为致密膜，多孔膜和不对称复合改性膜，根据膜材料的不同，可分为陶瓷膜，金属膜，合金膜，碳化硅膜，分子筛。复合膜，沸石膜和玻璃膜等，根据膜组件的空间结构，可分为扁平，管状，多通道等，其中多通道无机膜元件适用于大型规模的工业应用。 2.2制备方法有机膜的常用制备方法包括相转化法（包括流涎法和纺丝法）和复合膜法。制备无机膜的方法很多，包括固体颗粒烧结法，溶胶-凝胶法，化学气相沉淀法，热分解法，阳极氧化法等。3膜分离工艺的综合性能比较3.1材料特性根据原理相似性和相容性，未经改性的有机膜易受有机材料和化学试剂的吸附，腐蚀甚至溶解，从而影响膜的防污能力，分离效果，适用范围和使用寿命。随着制备技术的改进，大多数有机膜表现出优异的材料性能。例如，三乙酸纤维素膜具有高疏水性，pH耐受范围为4〜8，耐温极限为180℃，可以耐受大多数醇和油，再生纤维素膜的pH耐受范围为1〜13。温度极限为180℃，耐大多数有机溶剂，特别适合颗粒过滤； PTFE膜为疏水性，pH耐受范围为1至14，温度极限为230℃。它耐所有有机溶剂，可用于空气，气体过滤和疏水性化学物质。与有机膜相比，无机膜的材料特性和优异的性能体现在：化学稳定性好，温度应用范围广，抗污染性强，机械强度高，更适用于高粘度，高固含量和坚硬颗粒。复杂流体材料的分离需要相对较低的预处理要求，分离效率高，可显着提高特定分子质量的特征性污染物或溶质的去除率，易于再生，使用寿命是有机膜的3-5倍以上。无机材料的高脆性和低弹性给成膜和加工以及组件设备带来一定的困难。为了弥补这一弱点并提高膜的机械性能，许多研究已开始涉及新膜材料的制备和应用，例如膜材料改性，有机-无机杂化膜/复合膜和无机膜。改性有机膜。 3.2应用领域膜分离技术被广泛应用于石油化工，生物医学，食品加工和环境保护工程领域，但是由于膜特性的差异，有机膜的应用范围通常局限于相对简单的反应，例如低浓度或低浓度。微污染系统。当原料体系具有强酸，强碱，强腐蚀性，高温和有机溶剂高浓度的污染特征时，有机膜容易堵塞膜孔，难以回收，反应高度腐蚀性材料大大降低了使用寿命，并且还会产生两个二次污染的问题。无机膜具有较高的膜通量和分离效率。受到污染后，可用于使用各种化学清洁剂进行正向清洁和反向脉冲在线清洁，或用于高温消毒。同时，它可以回收酸，碱，高腐蚀性材料，表面活性剂，重金属离子和热能，可以显着减少资源和能源消耗。 3.3工艺性能参数3.3.1经济技术分析实际项目运行结果表明，当系统渗透水水质达到有关排放标准时，使用国产陶瓷膜可节省设备费用2750万元，运行费用253万元/与进口有机膜相比。好处更为明显。从投资成本的角度看，具有相同处理规模的家用无机膜比家用有机膜更昂贵。但是，考虑到无机膜在苛刻的加工条件下的广泛适用性和较长的使用寿命，国产无机膜有机膜的投资成本差别不大。关于膜系统的运行成本，由于错流过滤操作比盲端过滤每单位滤液消耗更多的能量，因此较高的膜表面流速会在一定程度上降低膜污染的程度，而无机物膜通常具有较高的过滤操作压力和反洗压力，因此无机膜系统的单位处理成本通常不会低于或略高于有机膜系统。 3.3.2膜的保存条件是影响膜元件使用寿命的重要因素之一。无机膜和有机膜的维护方法差异很大。白银无机陶瓷膜管应在干燥，阴凉，干燥和通风的环境中保存。在储存和运输过程中避免碰撞。有机膜可以通过湿法和干法保存。主要目的是防止膜水解，微生物生长以及膜的收缩和变形。相比之下，无机膜的存储方法相对简单，而有机膜对存储温度，相对湿度，pH值和将湿膜转化为干存储的要求更为严格。 3.3.3膜污染的控制方法（1）原料液体的预处理。无机膜对原料液进行预处理的目的是去除大尺寸的悬浮物和硬颗粒，使小的悬浮物和可溶性污染物形成易碎的，非粘性的絮体，有机膜的特殊性防止污染是防止膜的生物降解，防止物料液温和pH值过大e范围等。（2）膜表面的改性和改性。无机膜选择TiO2，ZrO2和其他具有催化活性和亲水性的成膜改性材料来改善膜分离性能。此外，与无机膜改性不同，表面上的官能团可与其他官能团和待改性的聚合物反应。此外，高能射线辐射接枝可导致有机膜分子氧化，蚀刻，破裂，交联。等等，并在不改变拦截率的情况下提高了膜的透水性和抗污染性。 （3）膜组件和流道的设计与优化。改变进料液体的流动状态可以形成良好的操作条件，提高膜分离效率并减少膜工艺污染。通常使用自然对流，湍流，脉冲流和螺旋流等流动状态。某些有机膜，例如板膜和中空纤维膜，在设计动态膜结构，改变流道的形状和添加湍流成分方面存在困难，而管状陶瓷膜非常适合优化组件和流道的设计。 3.3.4膜的再生和清洁膜的再生和清洁方法基本上分为物理清洁和化学清洁。前者包括正负双向清洗，气液混合，脉冲清洗，静置浸泡，机械刮擦等。后者包括强酸，强碱，有机酸，表面活性剂，强氧化剂，络合剂和酶清洗剂等。常见的清洁方法是物理清洁和化学清洁相结合，再加上与气体混合的反向脉冲清洁。在强力化学清洁下，无机膜通常可以达到70％至90％的再生效率，而有机膜需要根据膜材料的电阻选择合适的强度清洁剂和清洁方法。就操作条件而言，两种类型的膜不同，因此对膜清洁效果的影响程度不同。无机膜的高机械强度使得可以使用更高的跨膜压力（TMP）进行膜清洁。研究表明，在一定范围内，TMP的增加会增加膜通量，但过高的TMP会引起膜表面。被污染的层被压缩并变得致密，进而导致渗透通量降低。有机膜清洁应在较低的工作压力（约0.1MPa）下进行，以免损坏膜结构，例如膜丝断裂。作为无机膜清洗的独特方法之一，热清洗（130°C）甚至高温燃烧（耐250°C）可以彻底消毒并去除附着在膜表面的生物质类污染物，但膜组件密封材料应考虑耐热性和热变形匹配等问题。 3.3.5其他性能比较在填充密度和废膜利用率方面，两种类型的膜各有特点。在堆积密度方面，有机膜具有明显的优势，特别是普通的平膜，辊式膜，中空纤维膜等。堆积密度可以达到500〜30000m2 / m3，甚至多通道陶瓷膜的堆积密度，只能达到300〜540m2 / m3。国内已经
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