多孔陶瓷膜表面改性研究.doc

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1、河北联合大学本科毕业论文开题报告题目：多孔陶瓷膜表面改性研究学院：化学工程学院专业：应用化学班级：08应用化学1班姓名：魏清波学号：200807030120指导教师：髙会元教授2012年3月9日多孔陶瓷膜表面改性研究一、题目来源背景（现状、前景）1.1无机膜的发展状况建立在有机高分子材料基础之上的的膜分离技术己有几十年的历史，由于其能耗低，选择性高，设计、设备、操作过程简单且处理量大，自二十世纪七十年代以来在各个工业领域得到越来越广泛的应用。微滤、超滤、反渗透、气体分离以及工业催化技术在20世纪60-80年代相继得到迅速发展。在1987年日本召开的国际膜与膜过程会议上专家认为“膜技术是21

2、世纪最具发展前景的高新技术之一”，在优化工艺、节能降耗、环境保护和发展经济等方面将发挥巨大的推动作用。在膜科学技术领域中开发较早的膜材料当属于有机聚合材料，即有机膜，然而有机膜的热稳定性能差、易腐蚀、寿命短、不易清洗等缺点而限制了其更广泛的应用。因此，以陶瓷、金属、玻璃及无机高分子等为代表的无机材料已成为近二十年来膜材料研究和开发的热点。无机膜由于化学稳定性好，耐酸、碱、有机溶剂，耐高温，抗微生物污染能力强，适宜在生物医药领域应用，机械强度大，可高压反冲洗，再生能力强，孔径分布窄等优点，可广泛用于水处理、气体分离、液体分离、饮料和啤酒的滤菌、工业催化等领域。无机陶瓷膜在膜领域所占的市场份额

3、还比较小，但是其发展异常迅猛。1997年美国无机膜市场销售额为l亿美元，其中陶瓷膜占80%左右。由于陶瓷膜优异的化学特性、日益降低的成本及陶瓷膜的逐渐普及，在未来几年无机膜市场销售额将以35%的年增长率发展。到2004年，世界分离膜的市场销售额已超过100亿美元，无机膜的市场占有率占12%。由于陶瓷膜在精密过滤分离中的成功应用，其市场销售额还会逐年增长。无机膜的研究己引起各国的广泛重视，其研究、开发和应用己取得重大进展。1.2无机超滤膜及其应用超滤是压力差推动作用下进行的筛孔分离过程，它介于微滤和纳滤之间，孔径范围在1-100nm之间，工作压力差为0.1-1.0MPa，透过速率在20-20

4、0L/h·m2。超滤膜分离具有以下几个特点：1）分离过程无相变，节能显著；2）分离在常温下进行，适宜热敏物质的分离和浓缩；3）推动力为压力，分离装置简单，操作方便易控；4）适应范围广。但超滤膜存在膜品种少（主要是有机高分子膜为主）、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷，因此无机超滤膜的研究制备成为热点之一。无机超滤膜已在众多领域获得成功应用：（1）无机超滤膜能够适应固体含量较高的浓缩过程的需求，如鸡蛋白以及大豆奶蛋白的浓缩生产。根据报道，采用孔径在0.01-0.1um范围的复合陶瓷超滤膜在保持同等或更高的通量的同时可获得与对称玻璃膜或高分子膜相同的蛋白质截留率。（2）无机超滤膜对油也表现出高的

5、截留特性。采用50nmMembralox@超滤膜进行油水分离，其渗透液中油的浓度低于5×10-5mol/L。对于废油高温提纯再生，无机陶瓷超滤膜较传统工艺更有优越性。废油所含污染物高达20%，这些污染物包括水、矿泥、含碳颗粒以及金属颗粒。传统的再生处理方法加大了酸和粘土的用量，这样使得酸性污泥的处理问题进一步恶化。（3）无机超滤膜不仅在液体分离方面具有广泛的应用前景，而且是气体分离膜和催化膜的基础。理想的气体分离膜具有筛分作用，其平均孔径在1nm以下，其必备条件是具有高质量的超滤膜。在膜催化反应中，以分子筛膜以及离子、电子混合导体膜最具有发展前途。制备分子筛膜必须有完整无缺陷的纳米级孔径膜

6、，即超滤膜；而混合型导体膜也希望在多孔载体上形成，以提高膜渗透性。因此，无机超滤膜的制备技术是膜催化反应的基础之一，其工业化是膜催化反应工业应用的必备条件。1.3溶胶-凝胶法制备超滤膜进入20世纪末以来，随着溶胶-凝胶技术在玻璃、氧化物涂层、纤维、多孔材料、陶瓷材料、仿生材料等，尤其是传统方法难以制备的多功能复合氧化物材料，高Ti氧化物超导材料的合成中得到了一系列成功的应用，使得溶胶-凝胶技术得到迅速的发展。这种方法具有特殊的优势：（1）能够在大气中进行操作；（2）适用于大面积基板涂覆；（3）低温化学过程，成分容易控制；（4）从同一原料出发，改变工艺过程即可获得不同的产品；（5）工艺简单，

7、不需要昂贵的设备。因此，作为合成无机超滤膜的一种重要方法受到国内外许多学者的关注。溶胶-凝胶法可制得许多单组分和多组分金属氧化物无机膜，这种无机膜作为控制层既可用于超滤和气体分离，经修饰后也可以作为催化膜用于膜反应器，充分显示出溶胶-凝胶法的广泛应用前景。根据起始原料和得到溶胶方法的不同，溶胶-凝胶法又可分为胶体凝胶法和聚合凝胶法，胶体凝胶法是通过金属盐或醇盐完全水解后产生无机水合金属氧化物，水解产物与电解质(酸或碱)进