无机陶瓷膜是固态膜的一种,它是由无机材料,如金属,金属氧化物,陶瓷,多孔玻璃,沸石,无机高分子材料等制成的半透膜。建立在无机材料科学基础上的无机膜具有聚合物分离膜所无法比拟的优点:化学稳定性好,能耐酸、碱和有机溶剂;机械强度火,担载无机膜可承受几十个大气压的外压,并可反向冲洗;抗微生物能力强,不与微生物发生作用,可在生物工程及医学科学领域中应用;耐高温,一般都在400℃下操作,最高可达800。C以上;孔径分布窄,分离效率高。
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无机陶瓷膜的发展始于20世纪40年代,至今已经历了三个阶段。第一阶段始于二战时期的Manhattan原子弹计划,采用多孔陶瓷材料分离UF6同位素。第二阶段是在80年代,这时期主婴是发展工业用的无机微滤膜和无机超滤膜。无机膜的工业应用首先是在法国的奶业,葡萄洒业获得成功,渗透剑食晶工业,环境工业,生物化工,电子行业气体净化等领域。90年代以米,无机膜的发展进入第二阶段,在无机超滤膜工业化的基础上,新型膜材料,新的制膜手段日益得剑发展。尤其是膜催化反应技术的研究倍受重视。我国无机膜的研究始丁80年代,通过国家自然科学研究基金以及各部委的支持,已经能在实验室规模制备出无机微滤膜和超滤膜以及高通量的金属钯膜,反应用膜以及微孔膜也在发展中。进入90年代,国家科技部对无机陶瓷膜的工业化技术组织了科技攻关,推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。国家高技术研究发展计划对无机分离催化膜的研究予以重点支持,促进了我国在这一领域的发展。目前我国已初步实现了管式,多通道陶瓷微膜的工业化生产,并在相关的工业化过程中得到应用,膜催化反应的基础性研究已具备良好的基础。但就整体状况而言,在支撑体生产,工业膜设备及应用技术开发上与世界先进水平尚有较大差距。
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无机陶瓷膜管特性
无机分离组件的粒径范同在0.45μm±0.05,是不对称分离膜。在无机膜管烧结而成的多孔支撑体上通过溶胶一凝胶镀上一层纳米级的微粒。作为支撑体的颗粒比较粗大,孔径也比较小,在5~lOμm之间,仅用它来作分离是不够的,它主要起支撑作用,保证分离组们的机械强度要求。起主要分离作刚的挂其表面所镀的脱层,其颗粒的粒释住l~2um,孔径托0.45um,其粒径分布均匀,孔释分布窄,孔隙牢高。支撑体与表面膜层的孔径,粒径可由1-3b看出,届典型的扑对称分离膜。该膜的分离属于微孔过滤过科,借助膜两边的压力差和浓度差而实现不同粒径范围组分的分离。粒子被截留的机理取决丁膜的性能(物理的和化学的)和膜与粒子间相互作用的性质。当膜的孔径小于悬浮粒子的尺寸,粒子以其几何形状被阻挡,不能进入或通过膜,而与透过组分分离,这种分离机理为表面过滤或筛滤机理。若膜的孔径较粒子尺可为大,在这种情况下,粒子能进入膜孔内,当它与孔壁相接触并粘附于壁内,在惯性冲掩、扩散、截留等多种分离作用力作用下得到分离。
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无机陶瓷膜管除尘机理
1、惯性冲撞:流经多孔无机膜分离组件微孔的流体中的杂质颗粒,由于惯性而于微孔孔壁被捕捉。惯性冲撞与杂质颗粒直径的平方成正比,与流速及流体粘度成反比。
2、扩散:杂质颗粒由丁布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触,从而被捕捉。扩散捕捉的流速与流体粘度成反比。
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3、截留:杂质颗粒由于比微孔孔道大而被捕捉,属表面过滤。截留只与杂质颗粒的大小有关,而与流速及流体粘度无关。当含沉流体流经多孔无机膜分离组件时,大于过滤元件微孔径的颗粒被截留在表面形成滤饼层,小于无机膜孔径的颗粗由于惯性及布朗运动影响而离开流线与孔道避接触,仍有部分颗粒被截留在表面或沉积在多孔陶瓷孔道内。由于多孔微孔通道迂回曲折,加上流体介质在多孔陶瓷表面形成的架桥效应及惯性冲撞和布朗运动影响,因此其过滤精度要比本身孔径小的多。一般其过滤精度可在分离组件孔径的1/15~1/20之上。