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膜的制备与应用 ppt课件

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09无机膜的制备(共33张)

09无机膜的制备(共33张)


§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷(táocí)工艺 制备多孔陶瓷(táocí)支撑膜和微滤膜
挤压成型机示意图
第17页，共33页。
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷(táocí)工 艺制备多孔陶瓷(táocí)支撑膜和微滤膜
陶瓷粉体 20～100mm
有机添加物 如纤维素衍 生物，淀粉
混 合 加水练泥 坯料陈腐
多孔陶瓷管
烧成
挤压成型
挤压成型法工艺流程图
第18页，共33页。
§8.2 有机和高聚物辅助的新型陶瓷(táocí)工艺 制备多孔陶瓷(táocí)支撑膜和微滤膜
第19页，共33页。
§8.2 有机和高聚物辅助(fǔzhù)的新型陶瓷工艺 制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜 －
稳定悬浮液的制备 多孔支撑体上浸浆成膜 湿膜的干燥 热处理
第八章 无机 膜的制备 (wújī)
第1页，共33页。
§8.1 概 论
1. 无机膜及发展概况(gàikuàng) —— 隔膜，是把两个物相空间隔开而又
使之互相关联、发生质量和能量传输过程 的一个中间介入相。
—— 固态、液态和气态。 —— 致密，多孔。
第2页，共33页。
§8.1 概 论
十八世纪电器改变了整个工业过程，而 20世纪膜技术将改变整个面貌。目前没有 一项技术能向膜技术那么(nà me)广泛地应用。
无电极电镀 将基体材料浸入适当的镀液中， 多孔基体上如Pd、Pd基
法
通过氧化还原反应形成涂层
合金，Cu、Ni等金属膜
第15页，共33页。
§7.2 有机和高聚物辅助的新型(xīnxíng)陶瓷工 艺制备多孔陶瓷支撑膜和微滤膜
表面活性剂： 粘结剂: 润饰剂，增稠剂，流变助剂，
第3章 薄膜的化学制备方法

第3章 薄膜的化学制备方法

第三章 薄膜制备的化学方法
概 念：薄膜制备过程中，凡是需要在一定化学反应发生的前提下完成薄膜制备的
技术方法，统称为薄膜沉积的化学方法。
条 件：化学反应需要能量输入和诱发 优、缺点：设备简单、成本较低、甚至无需真空环电热境化激即学活可作作进用用行：：；电CV镀D、、阳热极生氧长化处理
化学制备、工艺控制复杂、有可能涉及高温环境。
热壁 冷壁
CVD ：整炉高温、等温环境 CVD ：局部加热（仅基片和基片架）
按反应激活方式不同，可分为 光热致激活活化（普CV通DC（V紫D ）外光、激光、可见光）
等离子体激活（PECVD）
电化学镀膜方法
概念：电流通过在电解液中的流动而产生化学反应，在阳极或阴极上沉积薄膜的方法。
具体地，即利用电解反应，在
气相反应方法
化学气相沉积（CVD ） 热生长
分
类：
液相反应方法
电化以CVD为主
溶液化学反应
化学镀 溶胶凝胶法
L - B 技术
化学气相沉积（CVD）
在热CVD法中，把含有要生成膜材料的挥发性化合物（称为源）汽化，尽可能均 匀地送到加热至高温的基片上，在基片上进行分解、还原、氧化、置换等化学反 应，并在基片上生成薄膜。作为挥发性化合物使用的有卤化物、有机化合物、碳 氢化合物、碳酰等。
输运 反应
一、概述：
按工作压力不同，可分为
常压 低压
CVD ：无需真空、靠载气输运、污染较大 CVD ：易于气化反应物、无载气、污染小
低温 CVD（200 ~ 500℃）
按沉积温度不同，可分为
3）分类：
中温 高温
CVD（500 ~ 1000℃） CVD（1000 ~ 1300℃）
按加热方式不同，可分为
《薄膜技术及应用》课件

《薄膜技术及应用》课件


2 未来几年
薄膜技术有望获得持续健康发展，特别是在 光伏、新能源车等领域有着更加广阔的应用 前景。
薄膜技术与现代产业
未来汽车
薄膜技术和新能源汽车实现无 缝对接，开拓先进光伏材料、 电池材料、排放净化材料等领 域。
智慧建筑
薄膜技术的突破将逐步推动我 们的建筑前沿技术的发展，不 断提升建筑性能。
人工智能
应用价值
薄膜技术已经广泛应用于光电子、信息技术、太阳 能、新能源、生物医学等领域。
薄膜技术的分类
磁性材料薄膜技术
磁性材料薄膜技术主要应用于光信息存储材料、 记录材料、传感器等。
金属材料薄膜技术
金属材料薄膜技术主要应用为电阻器、电容器、 电化学传感器、防腐材料等。
半导体薄膜技术
半导体薄膜技术应用于太阳能电池、TFT-LCD、 半导体激光等。
碳基薄膜技术
碳基薄膜技术应用于涂覆材料、涂层材料、防 腐材料、石墨涂层等。
薄膜技术的应用
薄膜技术是当今最先进的材料技术之一。它的应用范围极为广泛。
太阳能行业
薄膜电池比晶体硅太阳电池更轻 薄，更灵活适应市场需求。
信息技术行业
薄膜技术在信息技术领域的应用 包括TFT-LCD、LED显示器、半导 体激光等。
《薄膜技术及应用》PPT 课件
本课程旨在探索薄膜技术的应用及未来展望。从光电子、信息技术、太阳能、 新能源、生物医学、材料科学六大行业入手，深入学习薄膜技术相关知识。
Hale Waihona Puke 么是薄膜技术？薄膜技术是指将材料制备成很薄的薄膜（通常小于1微米），然后进行加工和利用的技术。
制备工艺
薄膜技术的制备工艺包括溅射、化学气相沉积等多 种方法。
4
新能源领域
第二章薄膜的制备ppt课件

第二章薄膜的制备ppt课件


在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
《材料物理薄膜物理》课件

《材料物理薄膜物理》课件

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CONTENTS 目录
• 材料物理与薄膜物理概述 • 材料的基本性质 • 薄膜的制备与生长机制 • 薄膜的物理性能与应用 • 材料与薄膜物理与薄膜物理概述
材料物理的定义与重要性
定义
材料物理是一门研究材料结构、性能和应用的科学，主要关注材料的基本组成 、微观结构和宏观性质之间的关系。
CHAPTER 03
薄膜的制备与生长机制
薄膜的制备方法
01
02
03
物理气相沉积法
利用物理过程将材料蒸发 或溅射到基底上形成薄膜 ，包括真空蒸发、溅射和 离子束沉积等。
化学气相沉积法
通过化学反应将气体转化 为固态薄膜，包括热化学 气相沉积和等离子体增强 化学气相沉积等。
液相外延法
在单晶基底上通过控制温 度和成分，使溶质从溶液 中析出，形成单晶薄膜。
介电性能
薄膜的介电常数和介质损耗是其电学 性能的重要参数，影响其在电子和微 波器件中的应用。
薄膜的磁学性能
磁导率与磁损耗
磁性薄膜的磁导率和磁损耗特性决定了其在磁记录、磁传感 器等领域的应用。
磁各向异性
不同方向的磁化行为，影响磁性薄膜的磁学性能和应用。
薄膜的应用领域
光学仪器制造
高反射、高透过的光学薄膜广 泛应用于各种光学仪器制造。
材料在循环应力作用下抵抗断裂的能力， 与其使用寿命密切相关。
材料的热学性质
热容与热导率
描述材料在温度变化时吸收或释放热量的能 力，以及热量在材料内部的传导速度。
热稳定性
材料在温度变化时保持其物理和化学性质稳 定的能力。
热膨胀
材料在温度升高时体积增大的现象。
热辐射
材料发射或吸收电磁辐射的能力，与温度和 波长有关。
薄膜技术及应用

薄膜技术及应用

物理气相沉积技术逐渐成 熟，广泛应用于电子、光 学和机械等领域。
20世纪末至今
随着新材料和制备技术的 不断发展，新型薄膜材料 不断涌现，薄膜技术应用 领域不断扩大。
02
薄膜制备技术
物理气相沉积（PVD）
真空蒸发沉积
利用加热蒸发材料，使其 原子或分子从固态表面升 华进入气态，然后在基底 表面凝结形成薄膜。
导体薄膜
功能薄膜
用于制造集成电路、微电子器件和薄 膜晶体管等，具有高导电性能和稳定 性。
如光电转换薄膜、磁性薄膜、传感器 用敏感薄膜等，在电子器件中具有特 定功能。
绝缘薄膜
用作电子器件的介质层和绝缘材料， 具有低介电常数和损耗、高击穿场强 等特点。
光学领域
反射和滤光薄膜
用于控制光的反射、透射、干涉和偏振等特性， 在光学仪器、摄影、照明等领域有广泛应用。
多功能化薄膜
通过材料复合和结构设计，制备具有多功能特性的薄膜，如光学、热学、电学、磁学等多重性能的集 成。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
薄膜的分类
01
按材料分类
金属薄膜、制备方法分类
功能薄膜（如导电薄膜、光学薄 膜、磁性薄膜等）、结构薄膜等。
物理气相沉积、化学气相沉积、 溶胶-凝胶法等。
薄膜技术的发展历程
01
02
03
19世纪末
真空蒸发镀膜技术出现， 主要用于制造光学仪器和 装饰品。
20世纪中期
薄膜技术及应用
目录
• 薄膜技术简介 • 薄膜制备技术 • 薄膜的应用领域 • 薄膜的未来发展与挑战
01
薄膜技术简介
薄膜的定义与特性
定义
薄膜是一种厚度在微米到纳米级别的 材料，覆盖在基底上，具有特定的物 理、化学和机械性能。
第三章薄膜制备技术ppt课件

第三章薄膜制备技术ppt课件

化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积（plasma enhanced (assisted) CVD,PECVD,PACVD）、常压化学气相沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECR-CVD）等。
分子束外延是在超高真空条件下精确控制源材料的中性分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。从本质上讲，分子束外延也属于真空蒸发方法，但 与传统真空蒸发不同的是，分子束外延系统具有超高真空，并配有原位监测和分析系统，能够获得高质量的单晶薄膜。
2、溅射法 荷能粒子轰击固体材料靶，使固体原子从表面射出，这些原子具有一定的动能和方向性。在原子射出的方向上放上基片，就可在基片上形成一层薄膜，这种制备薄膜的方法叫做溅射法。 溅射法属于物理气相沉积(PVD)，射出的粒子大多处于原子状态，轰击靶材料的荷能粒子一般是电子、离子和中性粒子。
3.1.2 化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体，在特定激活条件下(一般是利用加热、等离子体和紫外线等各种能源激活气态物质)，通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积到基片上制取膜层的一种方法。 Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process often used in the semiconductor industry for the deposition of thin films of various materials.
第三章薄膜材料的制备

第三章薄膜材料的制备


(6) 特殊蒸发方法—化合物和合金材料

a.闪蒸蒸发 又称瞬间蒸发，把薄膜 材料做成细小颗粒或粉 末状，通过一定装置使 其以极小的流量逐渐进 入高温蒸发源。使每个 颗粒都在瞬间完全蒸发， 以保证薄膜的组分比例 与合金相同。
闪蒸蒸发设备示意图

b．多源蒸发 将合金薄膜所需的元素各 自置于单独的蒸发源中， 同时加热，并独立控制各 蒸发源的温度，以使薄膜 的组分比例满足合金要求。 要求各蒸发源参数能独立 控制和指示，蒸发源间分 隔开，避免相互污染。

六硼化镧薄膜的电子束蒸发法制备 基底选用玻璃和钽片, 使用的设备为南光H44500-3 型超高真空镀 膜机。基底固定在一个不锈钢底座上, e型电子枪为加工的块状 LaB6 , 用来代替原设备中的钨阴极, 试验装置的基本结构如图。 实验过程中冷阱中持续添加液氮, 真空度控制在8×105~3×10- 4Pa 之间, 电子束加速级电压控制在4500V 左右, 电 流为80mA, 蒸发时间为15min 。蒸发过程中通过控制电子束能 量来实现对多晶材料蒸发速率的控制, 通过蒸发时间来控制蒸发薄
一、薄膜和薄膜材料分类
1、薄膜材料的概念

采用一定方法，处于某种状态的一种或几种物质 (原材料)的基团（离子、原子或分子）以物理或 者化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表 面形成一层新的物质，这层新物质就称为薄膜。

简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过 程形成的二维材料。
2、薄膜的基本特征
多源蒸发装置示意图

c.反应蒸发(属化学成膜) 把活性气体导入真空室，使活性气体的原子、分子与来自 蒸发源的原子、分子在衬底表面反应，生成所需化合物。 这种方法在制作高熔点 化合物薄膜时经常被采 用。 例如：在空气或氧气中 蒸发Si来制备SiO2薄膜
《薄膜材料与技术》课件

《薄膜材料与技术》课件


Part One
单击添加章节标题
Part Two
薄膜材料的种类
金属薄膜
铝薄膜：广泛 应用于包装、
电子等领域
铜薄膜：常用 于电子电路、 太阳能电池等
领域
镍薄膜：常用 于电子电路、
电池等领域
钛薄膜：常用 于航空航天、 生物医学等领
域
塑料薄膜
聚乙烯薄膜：广泛应用于食品包装、药品包装等领域 聚丙烯薄膜：具有较好的耐热性和耐化学性，常用于包装和印刷 聚氯乙烯薄膜：具有良好的耐候性和耐化学性，常用于建筑和工业领域 聚酯薄膜：具有良好的耐热性和耐化学性，常用于包装和印刷
面的研究
研究目标：开发具有优异性 能的新型薄膜材料
研究意义：推动薄膜技术的 发展，提高薄膜材料的性能
和应用范围
薄膜材料在新能源领域的应用研究
储能电池：薄膜材料作为储 能电池的电极，提高能量存 储密度
燃料电池：薄膜材料作为燃 料电池的电极，提高电化学 反应效率
太阳能电池：薄膜材料作为 太阳能电池的基底，提高光 电转换效率
超级电容器：薄膜材料作为 超级电容器的电极，提高能
量存储和释放速度
热电材料：薄膜材料作为热 电材料的基底，提高热电转
换效率
光热材料：薄膜材料作为光 热材料的基底，提高光热转
换效率
薄膜材料在其他领域的应用研究
电子领域：薄膜材料在电子设备中的广泛应用，如薄膜太阳能电池、薄膜显示器等
光学领域：薄膜材料在光学器件中的应用，如薄膜光学镜片、薄膜光学传感器等 生物医学领域：薄膜材料在生物医学领域的应用，如薄膜生物传感器、薄膜药物载体等 环境领域：薄膜材料在环境领域的应用，如薄膜空气净化器、薄膜水处理设备等
力学特性
弹性模量：薄膜 材料的弹性模量 通常较小，易于 弯曲和变形
薄膜光学PPT课件

薄膜光学PPT课件

溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
Sol-Gel是一种制备光学薄膜的新方法，具有工艺简单、成本低等优点。该方法制备的薄 膜具有纯度高、均匀性好等优点，可广泛应用于各种光学器件的制造。
在新能源和光电器件中的应用前景
太阳能光伏电池
光学薄膜在太阳能光伏电池中有着广泛的应用，如减反射膜、抗反射膜等。通过使用高性能的光学薄膜，可以提高光 伏电池的光电转换效率和稳定性。
散射类型
瑞利散射、米氏散射、拉 曼散射等。
散射强度
与波长、散射颗粒或分子 的尺寸、形状和折射率有 关。
光的吸收和反射
光的吸收
光波通过介质时，能量 被介质吸收转化为热能 或其他形式的能量的现
象。
吸收系数
表示介质对不同波长光 的吸收能力，与物质的
性质和浓度有关。
反射现象
光波在介质表面发生方 向改变的现象，可分为
光电探测器
在光电探测器中，光学薄膜可以起到保护、增强光信号的作用。高性能的光学薄膜可以提高探测器的响应速度、灵敏 度和稳定性。
激光器
在激光器中，光学薄膜可以起到调制激光输出、提高激光质量的作用。新型的光学薄膜材料和制备技术 可以推动激光器技术的发展，为新能源和光电器件的应用提供更广阔的前景。
THANKS
干涉仪测试的原理基于光的干涉现象，通过将待测薄膜放置在干涉仪中，与标准参 考膜片进行干涉，通过测量干涉图谱的变化来计算薄膜的光学常数。
分光光度计测试
分光光度计测试是一种通过测量 光的吸收光谱来分析物质的方法， 广泛应用于薄膜的光学性能测试。
分光光度计测试可以测量薄膜的 吸收光谱、反射光谱和透射光谱， 从而获得薄膜的折射率、反射率、
新型制备技术的探索
化学气相沉积（CVD）
第19章-无机膜制备化学-幻灯片

第19章-无机膜制备化学-幻灯片

引言
美国官方文件曾说：“18世纪电器改变了整个工业过程， 而20世纪的膜技术将改变整个面貌，目前没有一项技术能 像膜一样广泛地应用”。
日本把膜技术作为21世纪基础技术进行研究与开发，早在 1987年东京国际膜会议上，明确指出：“21世纪的多数 工业中，膜分离技术扮演着战略角色”。
国际上有一种流行的说法，即“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
19.1.3 无机膜制备技术
膜的传质分离性能取决于膜材料的物 理、化学和结构参数，这可以通过适当的 制备工艺及其参数调整，达到优化性能的 目的。
目前的制备方法有：粉体干压成型烧 结法、流延法、轧辊法、注浆成型法、挤 压成型法、溶胶-凝胶法等十多种方法。
表19-1无机膜结构与性能表征方法
表19-2 无机膜材料的制备方法一览表
H
M-OH+ M-OH →M-O-M-OH →M-O-M+H2O
2.无机聚合物溶胶的形成
应用聚合物溶胶制备溶胶-凝胶膜，其方式 与粒子溶胶颇为不同，在这类溶胶中，分 散相是由有机金属前驱体在有机介质中水 解缩合得到，大多数情况下，该过程涉及 到金属烷氧基化合物在醇中的聚合作用。
硅的烷氧化合物的水解与缩合反应速率比 较慢，因此需要碱或算催化剂
1.水溶液中粒子溶胶的形成
采用金属盐（或醇盐）为前驱体，溶于水后，在水介质中 的基本反应有以下三类：
（1）溶剂化 金属阳离子Mz+溶于水中，常为极性水分子所 包围，形成水（溶剂）合离子： Mz++:OH2→[M←OH2]z+
（2）水解反应 水合离子发生水解反应，相应发生电荷转移， 给出质子H+，其水解平衡式可写作： [MOH2]z+↔ [MOH]z-1+ H+ ↔ [M=O]z-2+2H+ 从上式看，水解平衡存在着三种类型的配位基：水合基 （MOH2）；羟基MOH和氧化剂M=O。

《膜分离技术》PPT课件

蛋白质、无机盐
缓冲液
精选ppt
无机盐
34
2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
35
• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
11
17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，

膜的制备与应用(最新课件)

• 惰性膜反应器（多为多孔陶瓷或多孔玻璃） • 催化膜反应器（具有催化和分离双重功能）
2020-11-19
16
膜反应器优越性
• 对平衡限制的反应，膜反应器能够移动化学平衡，大大提高反应的转化率 • 膜反应器有可能大大提高反应的选择性 • 较低温度下，即可得较高转化率 • 可能使产物分离、反应物净化及化学反应等几个单元在一个膜反应器中进行，大大节省投资。 • 由于能使反应在较低温度和压力下操作，节约能源
2020-11-19
3
无机膜缺点
• 生产成本高，制造技术难度大。 • 无机膜易发脆，给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难。 • 膜器安装因密封的缘故，使其性能不能得到充分利用。
2020-11-19
4
商品化无机膜的几何结构
• 平板型：主要用于小规模的工业生产和实验室实验； • 管型：适合于组装成分离元件或膜反应器； • 多通道型（蜂窝型）：结构的单位体积膜面积大，被更多地工业过程采用。
9
溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 1984年由荷兰Twente大学首先开发此项技术，并成功地制备了Al2O3膜，继而美国、法国 、日本开始此项 技术研究。 Sol-Gel法从技术上又可细分为分子聚合发（Polymerization of Molecular Units, PMU）和胶溶法 （Destabilization of Colliod Solutions，DCS）
2020-11-19
21
微滤(microfiltration ) • 微滤（MF） 又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。0.2-1 mm
2020-11-19
22
超滤
• 超滤（UF） 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在5 nm-0.2mm 分子量之间。超滤是一种能够将 溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜 两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔 径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

最新专家讲座膜科学技术应用、发展幻灯片课件


❖ 膜生物反应器污水处理技术 特点： ➢ 彻底除去水中的固体物质 ➢ COD、固体和营养物可以在一个单元内除去 ➢ 出水无须消毒 ➢ 高负荷率，能量利用率高 ➢ 氧利用率高 ➢模块化/升级改造容易
Wehrle Werk AG公司流程
膜生物反应器
工艺性能 ➢ 进水COD在15000mg/L以上时，COD几乎完全被 去除。 ➢ HRT（水力停留时间）
❖膜反渗透海水淡化
➢世界淡化水日产量3000万吨，世界人口1/50的地区靠淡 化水生存和发展。
➢沙 特 膜 法 海 水 淡 化 设 备 能 力 为 5.68 万 m3/d ， 含 盐 量 43700mg/m3，脱盐率99.7% ➢生产成本4~5元/吨 ➢我国“十五”计划专项，总投资25亿元人民币建膜反渗 透海水淡化装置。
CH4，C2H6
CO2
膜法与传统方法比较
传统方法
设备庞大 投资高 运行费用大 海上天然气开采无法实现
膜法
占地少 投资省 成本低 可用于海上天然气开采
2. 体积能量密度低，(33.936 MJ/m3，为汽油的22%)， 运输困难，——低成本转化成液体燃料(Gas To Liquid)
技术路线：
天然气 占总成本60% 合成气
➢我国七亿人饮用水大肠杆菌超标 ➢1.7亿人饮用有机物污染的水
解决的方法—采用微滤、超滤膜净化使之成合 格的引用水：
除去细菌 除去有机物：苯、苯酚、氯仿等 除去硫酸盐、亚硝酸盐 除重金属离子：Pd、Hg、Al、Fe、Mn等。
0.2mm陶瓷膜处理地表水前后的水质表
水质指标 浊度/NTU 有机物含量/mg(O2)L-1 Al/mgL-1 Fe/mgL-1 Mn/mgL-1 细菌(20oC, 37oC)
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❖ 对平衡限制的反应，膜反应器能够移动化学平衡，大大提高 反应的转化率
❖ 膜反应器有可能大大提高反应的选择性 ❖ 较低温度下，即可得较高转化率 ❖ 可能使产物分离、反应物净化及化学反应等几个单元在一个
膜反应器中进行，大大节省投资。 ❖ 由于能使反应在较低温度和压力下操作，节约能源
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阳极氧化法（Anodic oxidation）
❖ 以高纯度的金属铝箔为阳极，并使一侧面与 酸性电解质溶液（如草酸、硫酸、磷酸）接 触，通过电解作用在此表面上形成微孔氧化 铝膜，然后用适当方法除去未被氧化的铝基 体和阻挡层，便得到孔径均匀，孔道与膜平 面垂直的微孔Al2O3膜。
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膜分离的基本流程图
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膜分离技术
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膜分离种类
❖ 微滤（microfiltration ） 0.2-1 mm ❖ 超滤（ultrafiltration ）5 nm-0.2mm ❖ 纳滤（nanofiltration ） 0.5-5 nm ❖ 反渗透（reverse osmosis ） 0.2-0.3nm
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
无机膜优点（与有机膜对比）
❖ 热稳定性好，耐高温，一般可以在400℃下使用， 最高可达800℃以上,不老化、寿命长。
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溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
❖ 1984年由荷兰Twente大学首先开发此项技术， 并成功地制备了Al2O3膜，继而美国、法国 、 日本开始此项技术研究。 Sol-Gel法从技术上又
可细分为分子聚合发（Polymerization of Molecular Units, PMU）和胶溶法（Destabilization of Colliod Solutions，DCS）
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固态烧结法（Sintering Method）
❖ 将细微颗粒及超细颗粒（0.1-1μm）与适当溶 剂混合制成的成型生坯，在高温（10001600℃）下进行烧结处理。
❖ 特点：成熟，易于工业化，可同时制取多层 不对称的微孔膜。
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相分离-沥取法（Phase Seperation-leaching）
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微滤(microfiltration )
❖ 微滤（MF） 又称微孔过滤，它属于精密过滤， 其基本原理是筛孔分离过程。0.2-1 mm
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超滤
❖ 超滤（UF） 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程， 膜孔径在5 nm-0.2mm 分子量之间。超滤是一种能 够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超 滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过 程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤 介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允 许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的 净化、分离、浓缩的目的。
不能得到充分利用。
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商品化无机膜的几何结构
❖ 平板型：主要用于小规模的工业生产和实验 室实验；
❖ 管型：适合于组装成分离元件或膜反应器； ❖ 多通道型（蜂窝型）：结构的单位体积膜面
积大，被更多地工业过程采用。
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基质膜制备方法
❖ 固态烧结法（Sintering Method） ❖ 相分离-沥取法（Phase Seperation-leaching） ❖ 阳极氧化法（Anodic oxidation） ❖ 溶胶-凝胶法（Sol-Gel） ❖ 薄膜沉积法（Thin-Film Deposition）
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薄膜沉积法（Thin-Film Deposition）
❖ 薄膜沉积法借鉴传统物理镀膜方法，如在无 线电材料中的SiO2单晶膜。以多孔质过渡金
属或其合金，可利用沉积技术，如溅射 （Sputtering）,离子镀（Ion Plating），金属 镀（Metal Plating）或化学气相沉积（CVD）
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膜反应器（Membrane Reactor）
❖ 定义：具有选择性透过膜，并能同时进行反 应和分离的反应器。
❖ 例：用Al2O3膜可以是蔗糖转化成普糖糖的转 化率从50%增至100%
❖ 惰性膜反应器（多为多孔陶瓷或多孔玻璃） ❖ 催化膜反应器（具有催化和分离双重功能）
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膜反应器优越性
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陶瓷膜的制备与应用 及膜分离技术简析
飞雾流雪
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无机膜材料种类
Pd及Pd合金膜
致密膜
Ag膜
ZrO2膜
无
机
膜
多孔金属膜
Al2O3膜
微孔膜
陶瓷膜
SiO2膜（玻璃膜） ZrO2膜
分子筛膜
TiO2
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
等方法制得多孔质陶瓷膜及玻璃膜。一般来 说，CVD等方法只适合与制顶层功能分离膜， 不适合制基质膜。
2020/液相分离（Liquid Phase Separation） ❖ 气体分离（Gas Separation） ❖ 膜反应器（Membrane Reactor） ❖ 功能器件（Function Devices FD） ❖ 其他
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液相分离（Liquid Phase Separation）
❖ 海水淡化 ❖ 饮料除菌 ❖ 污水处理 ❖ 药物萃取 ❖ 水中的油分的浓缩
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气体分离（Gas Separation）
❖ 空气分离出氧气或惰性气体 ❖ 天然气的脱水 ❖ 高温气体分离
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❖ 化学稳定性好，耐有机溶剂，耐酸碱，抗微生物 侵蚀。
❖ 机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的 外压，并可反向冲洗。
❖ 净化操作简单、迅速，价格便宜，保存方便。
❖ 孔径分布窄，分离效率高。
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无机膜缺点
❖ 生产成本高，制造技术难度大。 ❖ 无机膜易发脆，给膜的成型加工及
组件装备带来一定的困难。 ❖ 膜器安装因密封的缘故，使其性能