无机陶瓷膜分离技术的研究进展new

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1、贵州化工2012年2月·4·GuizhouChemicalIndustry第37卷第1期＊无机陶瓷膜分离技术的研究进展尚百伟，田蒙奎，陶文亮(贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳550003)摘要:化工生产过程中所需的液固、气固及多组分分离已成为化工生产中的重要技术。无机陶瓷膜具有耐腐蚀、耐高温、机械强度好等一系列优势，被广泛应用于各种化工分离技术中。综述陶瓷膜分离技术中的原理、膜系统的设计及应用。关键词:分离;陶瓷膜;膜系统;应用中图分类号:TB43文献标识码:A文章编号:1008－9411(201

2、2)01－0004－04膜从广义上可以定义为两相之间的一个不连续区间，这个区间的三维量度中的一度和其余两度相［1］比较要小的多。利用具有选择透过性能的膜通过压力驱动对多组分液体或气体进行分离、分级、提纯、或富集的过程称为膜分离过程，根据膜孔径可将膜分离过程划分为微滤、超滤、纳滤及反渗透。膜分［2］(a)在膜的表面层截留(b)在膜内部的网络中截留离技术优点表现为:①高效:膜有选择性地透过某图1微孔膜各种截留作用示意图些物质，而阻挡另一些物质的透过。②节能:多数膜分离过程在常温下操作，被分离物质不发生

3、相变，低由上可知陶瓷膜在分离过程中往往会造称膜表能耗，低成本;③对环境友好;④过程简单，容易操作面污染物的截留及内孔的堵塞，可以采用错流过滤和控制。无机膜尤其是无机陶瓷膜具有耐高温、耐的方式来减少对于膜表面的污染物，对于膜孔内部腐蚀、截留性能强、化学稳定性好、易净化、孔径大小堵塞，最长用且最为有效的方法是反冲技术，同时辅易控制及机械强度大等优点，在气固、液固、气体分助以物理或化学清洗，从而有效的减缓膜孔内部污离提纯等分离过程中应用广泛。而无机陶瓷膜系统染，来提高膜的渗透通量。工艺设计、操作参数的选

4、择都对其分离的高效性起关键作用。2陶瓷膜分离技术的系统设计1无机陶瓷膜分离原理陶瓷膜系统的设计主要包括膜元件的选择、膜组件的安装以及膜系统的工艺设计等。自然界中能够作为膜的材料众多，按膜材质来2．1陶瓷膜元件分，可分为有机膜、无机膜及金属膜。无机陶瓷膜是无机陶瓷膜可以分为致密膜和多孔膜两大类。由陶瓷制成的无机膜。其按孔径分为微滤、超滤和致密膜主要为金属及其合金膜，主要利用其对氢或纳滤。分离过程可以看作是与膜孔径大小相关的筛氧的溶解机理来分离氢或氧，用于加氢或脱氢反应、分过程，以膜两侧的压力差为驱动

5、力，膜为过滤介超纯氢的制备中。而多孔膜则多用于气固、液固分质，在一定压力作用下，当料液流过膜表面时，只允离技术中。多孔陶瓷膜主要由多孔载体，过渡层和许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬活性分离层三层结构组成。多孔载体是为了保证膜浮物、胶体和微生物等大分子物质通过。膜的截留的机械强度。过渡层则是介于多孔载体和活性分离作用可归纳为筛分作用、架桥作用及吸附作用。微层中间的结构，作用是防止活性分离层制备过程中孔膜各种截留作用示意图见图1。这种筛分作用通颗粒向多孔载体渗透。活性分离层即是膜，它是通

6、常造成污染对物在膜表面的截留和膜孔的堵塞。*收稿日期:2011－10－10;修返日期:2011－12－22作者简介:尚百伟(1988－)，男，研究生，主要研究方向为光催化及化工分离工程。2012年2月第37卷第1期尚百伟等:无机陶瓷膜分离技术的研究进展·5·过各种方法负载于多孔载体或过渡层上，分离过程2．3膜系统的工艺设计［1］主要是在这层薄膜上发生的。膜元件结构见图陶瓷膜的过滤过程一般分为死端过滤和错流过2。滤两种。死端过滤主要用于实验室的小型试验。如果进料液的流动方向与膜平行或沿膜的切线方向，

7、［2］此过滤模式称为错流过滤。过滤方式如图4所示。图4过滤方式示意图1－通道、2－支撑层、3－过度层、4－膜死端过滤操作简便，进料无需循环直接通过膜，图2多通道无机陶瓷膜元件结构图但膜污染和浓差极化严重。错流过滤存在两股流出常见的无机陶瓷膜主要有三种形式:平板式、多液体，一股是渗透液，另一股是用于提供表面冲刷作通道或蜂窝体。平板式主要适用于小型分离提纯装用的循环流体。用壁面剪切应力使极化的和沉积的置，多用于实验室。而工业应用则需要较大的膜过微粒发生再分散来减小浓差极化对膜通量的影响。滤面积，因此管

8、式或多通道的蜂窝体应用更为广泛。错流过滤沿组件长度方向压力差不断变化。其典型2．2陶瓷膜组件组装过程如图5所示。陶瓷膜组件作为陶瓷膜分离过程的主要场所，其性能的好坏是膜系统顺利进行的关键。常见的无机膜组件主要由单根、七根、十九根或更多单管或多通道的膜元件与膜壳组装而成。其一般结构见图3。图5错流操作示意图2．4陶瓷膜分离性能的主要影响因素图3无机陶瓷膜组件组装的一般结构示意图陶瓷膜的分离性能包括渗透性能和渗透选择在膜组件的组装过程中，膜的端封、膜组件的密性，主要表征为渗透通量以及截