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无机陶瓷膜微结构对渗透率的影响

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-04-11 0:05:54 * 浏览: 19
经过多年的发展,无机陶瓷膜已广泛应用于许多领域,并成为膜领域发展最快,最有前途的品种之一。回顾20多年来无机膜的快速发展,无机陶瓷膜的研究主要包括膜的制备,分离膜的应用以及膜催化。其中,液相过滤分离是无机膜的主要工业应用领域。但是,分离膜的应用领域的扩展远远不能满足预期的要求,这主要是因为其开发面临以下问题:第一,膜的应用成本太高,导致许多应用过程在技术上是可行的,但是经济不占优势优点限制了这项新技术的推广和应用,其次,存在膜种类有限和应用工艺复杂的问题,导致严重的膜污染和每膜面积处理能力有限,复杂性和处理要求第三应用系统的缺点单膜的粗糙性使得难以满足单膜工艺的要求,这也限制了其进一步的推广和应用。因此,降低成本和提高技术水平已成为促进陶瓷膜发展的重要课题。面向应用的陶瓷膜工艺设计主要包括膜微结构,膜材料性能,工艺操作参数等的优化设计。无机陶瓷膜的分离性能与其结构和材料性能密切相关。多孔陶瓷膜的结构参数主要包括平均孔径和孔径分布,膜厚度,孔隙率,孔形状,曲折因子等。决定膜的渗透和分离性能,膜材料的性能包括膜的化学稳定性,热稳定性,表面性质和机械强度,不仅影响膜的渗透和分离性能,而且与膜的使用寿命密切相关,其运行参数主要包括膜的表面流速,工作压力,温度,等影响膜工艺的浓差极化程度和膜污染程度,影响渗透通量和分离性能。随着无机陶瓷膜制备技术的发展,一方面,陶瓷膜的种类和规格不断增加,选择的增加,另一方面,制备技术的可控性使得调节膜的微观结构成为可能。 。因此,鉴于不同孔径的膜对同一体系的渗透性的差异,对膜微结构分离性能的研究越来越受到关注。 1膜孔径的影响膜孔径是影响分离性能的主要因素,例如膜通量和截留率。一般来说,孔径越小,颗粒或溶质的排斥率越高,相应的通量越低。膜应用中的膜选择是在确保截留率的基础上,使选定的孔膜通量。对于纯溶剂介质,膜孔径越大,通量越高。然而,在实际的系统分离中,由于吸附,浓差极化,堵塞和其他膜污染现象的影响,实际的系统过滤渗透通量值几乎不能与膜的纯水渗透通量值进行比较。在某些情况下,膜的最佳膜孔径,膜阻力和膜结垢阻力的总和将最小,并且膜通量将最小。图1显示了当孔径为0.2-3um的Al2O3微滤膜用于过滤卵清蛋白时,膜孔径对渗透通量的影响。显然,随着孔径的增加,膜通量不会非线性增加。通量约为0.8um。如果孔径太大,膜将被严重阻塞并且通量将减少。因此,当仅合适的孔径与系统粒径匹配时,膜将具有较高的膜通量。如图2所示,这种现象也发生在钞票印刷废水的陶瓷膜处理中。2膜厚度的影响膜厚度对膜性能的影响主要是对渗透通量的影响。随着膜厚度的增加不可避免地增加了流体渗透的距离,过滤阻力增加,通量减少。童金忠的工作压力为0.11Mpa,流速在298k温度,0.6m / s的二氧化钛废水微滤实验中,研究了不同厚度的膜对渗透通量的影响。膜的纯净水通量随膜厚度的增加而线性降低,但过滤通量为24um。厚膜43um。厚膜之后是13um和65um。较厚的膜通量与“渗透通量随时间的变化大致相同”,膜越厚,初始通量越小,但随时间的衰减较慢,而较薄的膜具有较高的初始通量,但在初始时衰减更快,然后变化趋于平滑。 3膜孔隙率的影响孔隙率高的膜具有更多的开孔结构,因此在相同孔径下其渗透通量较高。通常,多孔无机膜,特别是陶瓷膜的孔隙率在20%至60%之间。载体的孔隙率高于分离层的孔隙率。对于微滤膜,孔隙率通常大于30%。针对上述现象,一些学者试图从理论上构建结构-性能关系,并建立针对应用过程的膜微结构设计方法。在考虑膜组件的最佳设计时,Belfort8等提出要注意膜微结构的影响。但是,由于流场流型和传递扩散方程的计算复杂,尽管计算机技术的发展已经很容易获得预测结果,但很少有人使用这种膜组件设计方法。提出了面向应用的陶瓷膜材料设计理论研究方法。对于特定的应用系统,该模型用于预测和选择具有最佳结构的膜。根据陶瓷膜结构控制理论,制备的膜的最佳结构在最佳操作条件下将在一定程度上发挥膜技术的优势。这种新的膜应用和设计方法已经在二氧化钛颗粒悬浮系统中得到验证,并且已经进行了不同的颗粒处理。直径分布和膜孔径分布的模拟计算机实验为更好地掌握陶瓷膜的过滤过程奠定了基础。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器