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目前国际上无机陶瓷分离膜的研究主要针对非对称膜

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2021-09-21 2:23:54 * 浏览: 0

陶瓷膜成套解决方案小编给您归纳了未来陶瓷膜领域的发展趋势将集中在以下几个方面:进一步提高陶瓷膜材料的分离精度及其分离稳定性,使其在液体分离领域实现纳滤级别的连续高效运行,在气体分离领域实现多组分气体的高效分离;研制具有大孔径及高孔隙率的耐高温陶瓷分离膜材料,使其在资源的高效利用及环境保护等领域实现高温气固分离过程的长期稳定运行;实现陶瓷膜表面性质的调控,通过改变其表面亲疏水性及荷电性、生物兼容性等以拓展陶瓷膜的应用领域;实现陶瓷膜的低成本化生产,结合构建面向应用过程的膜材料设计与制备方法,解决陶瓷膜推广应用的瓶颈问题;研制耐强酸强碱等苛刻体系的膜材料,提高膜材料分离性能的稳定性,拓展其在过程工业的应用范围。

硝酸陶瓷膜分离技术主要是依据“筛分理论”,根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同,原料液在膜管内或膜外侧流动,小分子物质或液体透过膜,大分子物质或固体被膜截留,使流体达到分离、浓缩、纯化和环保等目的陶瓷滤芯陶瓷膜陶瓷膜过滤器。

陶瓷纳滤膜设备未来陶瓷膜领域的发展趋势将集中在以下5个方面:(1)进一步提高陶瓷膜材料的分离精度及其分离稳定性,使其在液体分离领域实现纳滤级别的连续高效运行,在气体分离领域实现多组分气体的高效分离;(2)研制具有大孔径及高孔隙率的耐高温陶瓷分离膜材料,使其在资源的高效利用及环境保护等领域实现高温气固分离过程的长期稳定运行;(3)实现陶瓷膜表面性质的调控,通过改变其表面亲疏水性及荷电性、生物兼容性等以拓展陶瓷膜的应用领域;(4)实现陶瓷膜的低成本化生产,结合构建面向应用过程的膜材料设计与制备方法,解决陶瓷膜推广应用的瓶颈问题;(5)研制耐强酸强碱等苛刻体系的膜材料,提高膜材料分离性能的稳定性,拓展其在过程工业的应用范围,多孔陶瓷膜制备技术研究必将进一步引领和推动陶瓷膜技术及产业的发展,进而实现制备技术从理论到应用的转化,早日攻克困扰陶瓷膜技术发展的热点及瓶颈性难点,将缓解过程工业面临的资源,能源与环境的瓶颈压力陶瓷滤芯陶瓷膜陶瓷膜过滤器。

平板膜例如,若膜直径为100μm,体积为0.3m3的组件内,可以容纳5000m2的膜面积,相同体积的卷式膜仅能容纳20m2,平板膜则仅5m2;即使陶瓷中空纤维膜直径更大一些,如1.5~2.5mm,也能轻易地达到1500~1000m2/m3的膜装填面积,远高于单通道管式或多通道管式膜装填密度(<500m2/m3)因而中空纤维陶瓷膜分离效率将比传统构型陶瓷膜有显著提高。2)膜管壁薄,流体渗透通量高。中空纤维膜管壁薄(100~500μm),因而可减小膜渗透阻力和缩短渗透路径,提高流体渗透通量。此外,膜壁厚度远小于传统的管式和平板陶瓷膜(3~5mm),可大大节省微粉原料。3)应用灵活性好。中空纤维膜可根据实际应用需要采取内压式或外压式两种不同过滤方式。2中空纤维陶瓷膜的制备方法2.1模板法模板法是以有机聚合物中空纤维(如聚丙烯和聚偏氟乙烯中空纤维等)或活化碳纤维为模板,先将经过预处理的模板浸入预先制备的稳定氧化物先驱体溶胶中,通过浸渍涂覆法,在纤维模板表面形成一层凝胶层,然后经干燥和高温烧成获得中空纤维陶瓷膜。采用有机模板法制备中空纤维陶瓷膜时,根据模板微观结构的不同,可形成对称或非对称结构中空纤维陶瓷膜,如图1(a)和(b)所示,为分别采用对称结构的聚丙烯和非对称结构的聚偏氟乙烯中空纤维为模板时制备的TiO2中空纤维膜微观结构。可以预见,非对称结构的形成将有助于降低膜的渗透阻力和提高膜渗透性。但模板法制备中空纤维陶瓷膜,需要预先采用金属醇盐制备稳定的聚合物溶胶,并往往需要经多次涂覆才能获得合适厚度的凝胶层,工艺过程复杂,制备的膜易开裂和变形,不适合大规模生产,主要用于实验室中空纤维膜制备。

海藻油废水处理国外多孔陶瓷材料的研究和开发已有80余年历史,应用也有近30年历史,其产品的产业化、商业化程度已达到较高的水平,产品的技术水平也有了很大提高目前国外已有专业的多孔陶瓷材料及陶瓷膜材料生产厂家300余家,其中美国、日本、法国等国家在陶瓷膜的开发和应用方面发展极为迅速。我国从20世纪80年代开始无机膜的研究工作,迄今已取得了较大的进步,陶瓷膜用于废水处理也已逐步走向工程化。但相比之下,国内在多孔陶瓷材料产业发展方面与国外先进国家相比存在明显不足,其一是国内绝大多数人对多孔陶瓷材料缺乏必要的了解,其二是国内多孔陶瓷材料的发展技术不平衡,目前UF膜、RO膜等已被广泛应用于各领域,而NF膜、MF膜从技术水平和应用方面来说都刚刚起步。近年来,在国家科技攻关政策的扶持下,尤其是在国家环保、节能政策的引导下,国内多孔陶瓷材料及膜材料技术有了较快的发展,产业化及市场化规模逐渐扩大。如中材高新材料股份有限公司(山东工业陶瓷研究设计院)、江苏省九吾高科技发展公司、合肥世杰膜工程有限责任公司等企业在陶瓷膜材料制备技术方面逐渐形成了自己的技术优势,在一定程度上达到国外先进水平。目前国际上无机陶瓷分离膜的研究主要针对非对称膜,其研究内容主要集中在以下几个方面:膜及膜反应器制备工艺的研究、膜过滤与分离机理的研究、多孔质微孔结构的表面改性、无机膜显微结构及性能的测试与表征。其中膜工艺的研究相对较多,且多为MF膜与UF膜,RO膜则较少,制备完好致密无缺陷的RO膜或对RO膜结构性能的测试与表征都是当前的研究热点和难点课题。陶瓷滤芯陶瓷膜陶瓷膜过滤器。

多孔陶瓷膜制备技术研究必将进一步引领和推动陶瓷膜技术及产业的发展,进而实现制备技术从理论到应用的转化早日攻克困扰陶瓷膜技术发展的热点及瓶颈性难点,将缓解过程工业面临的资源、能源与环境的瓶颈压力。陶瓷滤芯陶瓷膜陶瓷膜过滤器。

技术方案是:一种对陶瓷膜孔径进行连续精密调节的方法,其具体步骤如下:a将陶瓷分离膜置于原子层沉积仪器反应腔中,抽真空并加热反应室温度到250~450°C,使样品在设定温度下保持5~30m1n,反应腔内的气压为0.01~1Otorr;b首先关闭出气阀,脉冲金属源前驱体,时间为0.01~ls,接着保持一段时间0~60s;然后打开出气阀,脉冲清扫气,清扫3~15s;再关闭出气阀,脉冲氧化前驱体0.01~1s,保持一段时间0~60s;最后再打开出气阀,脉冲清扫气,清扫3~15s;两种前驱体的温度恒定在20~50°C之间;根据具体的需要,重复步骤b,精密调节孔道的大小优选步骤b中所述的金属源前驱体为三甲基铝或异丙醇钛或四氯化钛;所述的氧化前驱体为去离子水。优选步骤b中所述的清扫气为氮气或氩气。优选步骤c中所述的重复步骤b的次数为10~2000次;更优选100~2000次。有益效果:利用原子层沉积技术,在陶瓷膜表层孔道内连续沉积均勻致密氧化物薄膜,对陶瓷分离膜的孔径进行精密调节,实现了孔径由微米级到纳米级的连续调节。通过改变ALD沉积的循环次数,在陶瓷基膜上沉积不同厚度的氧化铝层。扫描电子显微镜观测证实了随着沉积次数的增加,膜孔径逐步减小直至完全封闭,并形成具有梯度孔结构的超薄分离层;测试了不同沉积次数膜管的纯水通量以及对牛血清蛋白(BSA)的截留率,结果显示随着沉积次数的增加,膜的纯水通量逐渐变小而对BSA的截留率逐渐增加,而截留率上升的幅度明显高于通量下降的幅度。如经600次ALD循环沉积氧化铝,膜通量由沉积前的1700L·(m2·h·bar)下降至1lOL·(m2·h·bar)—1,而对BSA的截留率则由沉积前的3%提高至98%,实现了基膜从微滤膜到超滤膜、纳滤膜以至致密膜的转变。(1)孔径调节的精度高。每一次ALD循环,产生的沉积层的厚度在0.1纳米以下,也即膜孔可在优于0.1纳米的精度上减小;(2)孔径调节过程均勻连续。ALD在陶瓷膜上产生的沉积层厚度可通过改变循环次数来均勻连续的控制,得到孔径介于基膜和致密膜之间的任意孔径;(3)操作简单方便。