无机膜材料的研究进展综述
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静电纺丝纳米纤维膜材料吸附处理废水中污染物的研究进展静电纺丝纳米纤维膜材料吸附处理废水中污染物的研究进展废水中的污染物对环境和人类健康造成了严重威胁,因此研究和开发高效的废水处理技术成为了亟待解决的问题。
静电纺丝纳米纤维膜材料吸附处理废水中的污染物已经成为一个备受关注的领域。
这种材料具有高比表面积、优异的吸附性能和可调控的孔隙结构等优点,对于去除废水中的有机物质、无机离子和微生物具有良好的吸附效果。
本文将综述近年来静电纺丝纳米纤维膜材料在废水处理中的研究进展。
首先,我们将介绍静电纺丝纳米纤维膜的制备方法。
静电纺丝法是目前制备纳米纤维膜的主要方法之一。
该方法通过将高电压施加到聚合物溶液中形成了高电场,使得溶液中的聚合物分子在电场的作用下快速电荷分离,形成气溶胶纤维,并在收集器上形成纳米纤维膜。
该方法制备的纳米纤维膜具有细小的纤维直径和丰富的孔隙结构,有利于提高吸附性能。
此外,还可以通过改变静电纺丝的工艺参数,如电场强度、聚合物浓度和溶剂选择等,来调节纳米纤维膜的形貌和性能,以适应不同废水处理的需求。
接下来,我们将讨论静电纺丝纳米纤维膜材料在废水处理中的应用。
静电纺丝纳米纤维膜材料因其高比表面积和可调控的孔隙结构,在废水处理过程中表现出优异的吸附能力。
例如,纳米纤维膜具有较高的接触面积,可以有效吸附有机物质,如染料、苯酚和重金属离子等。
研究结果表明,纳米纤维膜对于废水中的这些有机物质具有高吸附容量和快速吸附速度。
此外,纳米纤维膜还可以通过调节孔隙结构来选择性吸附不同大小和形状的污染物,提高吸附选择性。
对于废水中的微生物和细菌等生物污染物,纳米纤维膜的高比表面积可以提供良好的生物附着基质,促进微生物的吸附和去除。
最后,我们将展望静电纺丝纳米纤维膜材料在废水处理领域的发展前景。
尽管静电纺丝纳米纤维膜在废水处理中取得了显著的成绩,但仍面临一些挑战和机遇。
例如,纳米纤维膜在废水处理过程中容易受到水质和环境因素的影响,需要进一步优化材料和工艺参数,提高其稳定性和鲁棒性。
《功能材料》课程论文考核表论文题目:高分子分离膜材料的研究进展专业:应用化学学号:1005410220姓名:袁强高分子分离膜材料的研究进展应用化学1005410220 袁强摘要:高分子分离膜是用高分子材料制作而成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。
本文将简单介绍高分子分离膜材料的起源、发展史,重点介绍高分子分离膜材料的应用前景和研究现状。
关键词:高分子材料;高分子分离膜;分离;材料1. 高分子分离膜概述高分子分离膜(polymeric membrane for separation ), 是由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜。
膜分离过程就是用分离膜作间隔层,在压力差、浓度差或电位差的推动力下,借流体混合物中各组分透过膜的速率不同,使之在膜的两侧分别富集,以达到分离、精制、浓缩及回收利用的目的。
单位时间内流体通过膜的量(透过速度)、不同物质透过系数之比(分离系数)或对某种物质的截留率是衡量膜性能的重要指标。
2. 高分子分离膜的起源和发展史2.1 .国外高分子分离膜发展史1849年,德国学者惠柏思用硝基纤维素制成第一张高分子膜。
1920年,麦克戈达开始观察和研究反渗透现象。
1930年,人们将纤维素膜用于超滤分离。
1940年,离子交换膜开发和利用电渗析方法建立。
1950年,加拿大学者萨利拉简研究反渗透。
1960年,洛萨和萨利拉简成功制备了具有完整表皮和高度不对称的第一张高效能反渗透膜,为该法奠定了基础。
1970年以来。
超滤膜、微滤膜成功开发和应用,有支撑的液膜和乳液膜及气体分离膜也相继问世。
2.2 .国内高分子分离膜发展史我国的膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的,六十年代进入开创阶段。
1965年着手反渗透技术的探索。
1967年开始全国的海水淡化会战。
大大促进了我国膜技术的发展。
70年代进入开发阶段。
这时期,微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来,80年代跨入推广应用阶段。
(完整)MOF膜综述编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望((完整)MOF膜综述)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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金属有机骨架(MOFs)膜的在气体分离方面的研究进展摘要:在过去几年中,对金属有机骨架(MOFs)和其他晶体配位的兴趣网络从其非常高的孔隙率扩展到其他引人注目的性质,例如作为金属中心(有时是配体)之间的电子和磁耦合。
为了探索和利用这些性质,这些框架必须沉积在固体表面上,如电极,SiO2、Al2O3等[1]。
在这一基础上讨论了支撑在各种基底上的金属有机骨架的薄膜涂层的应用和潜力。
因为制造这种多孔涂层的需求是相当明显的,在过去几年中已经开发了几种用于制备薄多孔MOF膜的合成方法。
本文将介绍几个主要且常用的制备方法。
关键词:金属有机骨架;MOF;纳米;基底;沉积;SAMResearch progress of metal organic frameworks (MOFs) membranes forgas separationabstract:In the last years, metal—organic frameworks (MOFs) and other crystals with networksof interest from its very high porosity to other interesting properties, such as metal (sometimes ligand) between electronic and magnetic coupling. In order to explore and take advantage of these properties, these frameworks must be deposited on a solid surface, such as electrodes, SiO2,Al2O3, and so on。
无机化学前沿综述徐子谦【摘要】作为化学学科里其它各分支学科的基础学科,近年来,无机化学的研究取得了较为突出的进展,主要表现在结构敏感催化材料的设计合成、高效能源材料、非线性光学晶体材料、分子筛及多孔材料、稀土化合物功能材料和先进碳材料等方面.本文就当代无机化学的上述前沿研究作以综述.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】3页(P13-15)【关键词】无机化学;研究前沿;研究综述【作者】徐子谦【作者单位】厦门大学化学化工学院福建 361005【正文语种】中文【中图分类】O依照国家自然科学基金委员会组织所著《无机化学学科前沿与展望》,无机化学是研究无机物质的组成、结构、反应、性质和应用的科学,是化学科学中历史最悠久的分支学科。
其研究对象涉及元素周期表中的所有元素,从分子、团簇、纳米、介观、体相等多层次、多尺度上研究物质的组成和结构以及物质的反应与组装,探索物质的性质和功能,涉及到物质存在的气、固、液、等离子体等各种相态,具有研究对象和反应复杂、涉及结构和相态多样以及构效关系敏感等特点。
无机化学学科在自身发展中不断与其他学科交叉与融合,形成了以传统基础学科为依托、面向材料和生命的发展态势,其学科内涵大为拓展。
当前无机化学学科还紧密结合特有资源优势和国家重大需求,产生了一批有着特色的分支学科。
目前,无机化学学科已形成了丰产元素化学、无机合成化学、无机材料化学、配位化学及分子材料和器件、固体化学及功能材料、生物无机化学,金属有机化学、团簇化学、无机纳米材料和器件、稀土化学及功能材料、核化学和放射化学、物理与理论无机化学等分支学科。
随着化学科学和相关科学的发展,无机化学与其他化学分支学科的界限将会日益模糊,无机化学与物理化学、材料科学、生命科学和信息科学等学科的交叉将更加活跃,从而将形成更多的重要交叉学科分支。
其中,无机材料化学与固体化学密切相关,属于化学与材料、能源、环境、信息等科学的交叉学科。
硫化物固态电解质薄膜综述硫化物固态电解质薄膜是一种重要的电解质材料,具有优异的离子传导性能和化学稳定性,在电化学能源存储和转换领域具有广泛的应用前景。
本文将综述硫化物固态电解质薄膜的研究进展和应用展望。
我们来了解一下硫化物固态电解质薄膜的特点。
硫化物固态电解质薄膜是由硫化物材料构成的固态离子传导层,通常具有高离子传导性能、宽电化学窗口和良好的化学稳定性。
与传统的液态电解质相比,硫化物固态电解质薄膜具有更高的电化学稳定性,能够有效抑制电解液的挥发和泄漏现象,从而提高电池的安全性能。
硫化物固态电解质薄膜的研究始于20世纪60年代,随着固态离子传导理论的发展和材料科学技术的进步,相关研究得到了快速发展。
目前,硫化物固态电解质薄膜的研究主要集中在两个方面:一是材料的合成与改性,二是电化学性能的优化与应用。
在材料的合成与改性方面,研究人员通过不同的方法制备硫化物固态电解质薄膜,如热压法、溶液浸渍法、化学气相沉积法等。
同时,通过控制合成条件和添加适量的掺杂剂,可以改善硫化物固态电解质薄膜的离子传导性能和化学稳定性。
例如,添加锂盐可以提高硫化物固态电解质薄膜的离子传导率,添加氧化物可以提高其化学稳定性。
在电化学性能的优化与应用方面,研究人员通过调控硫化物固态电解质薄膜的厚度、孔隙率和晶体结构等因素,可以有效提高电池的能量密度和循环稳定性。
此外,硫化物固态电解质薄膜还可以应用于锂离子电池、固态电容器、燃料电池等领域,为电化学能源存储和转换提供可靠的离子传输通道。
尽管硫化物固态电解质薄膜在电化学能源存储和转换领域具有广泛的应用前景,但仍然存在一些挑战和问题。
例如,硫化物固态电解质薄膜的制备工艺尚不成熟,制备成本较高;硫化物材料的稳定性和耐久性有待进一步提高;硫化物固态电解质薄膜的离子导电机制尚不完全清楚等。
因此,未来的研究重点应该放在材料的合成与改性、电化学性能的优化与应用以及离子导电机制的研究上。
硫化物固态电解质薄膜作为一种重要的电解质材料,在电化学能源存储和转换领域具有广泛的应用前景。
透明导电氧化物(transparentconductiveoxide简称TCO)薄膜主要包括In、Sb、Zn 和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料,具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性,广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。
透明导电薄膜以掺锡氧化铟(tindopedindiumoxide简称ITO)为代表,研究与应用较为广泛、成熟,在美日等国已产业化生产。
近年来ZnO薄膜的研究也不断深入,掺铝的ZnO薄膜(简称AZO)被认为是最有发展潜力的材料之一。
同时,人们还开发了Zn2SnO4、In4Sn3O12、MgIn2O4、CdIn2O4等多元透明氧化物薄膜材料。
TCO薄膜的制备工艺以磁控溅射法最为成熟,为进一步改善薄膜性质,各种高新技术不断被引入,制备工艺日趋多样化。
本文综述以ITO和AZO为代表的TCO薄膜的研究进展及应用前景。
一、TCO薄膜的发展TCO薄膜最早出现于20世纪初,1907年Badeker首次制成了CdO透明导电薄膜,引起了人们的较大兴趣。
但是,直到第二次世界大战,由于军事上的需要,TCO薄膜才得到广泛的重视和应用。
1950年前后出现了SnO2基和In2O3基薄膜。
ZnO基薄膜兴起于20世纪80年代。
相当长一段时间,这几种材料在TCO薄膜中占据了统治地位。
直到上世纪90年代中期,才有新的TCO薄膜出现,开发出了多元TCO薄膜、聚合物基体TCO薄膜、高迁移率TCO薄膜以及P型TCO薄膜。
而SnO2基和In2O3基材料也通过掺加新的元素而被制成了高质量TCO薄膜。
最近,据媒体报导,美国俄勒冈大学研究人员对TCO材料的研究取得重大突破,他们研制出一种便宜、可靠且对环境无害的透明导电薄膜材料。
该材料可用于制作透明晶体管,用来制造非常便宜的一次性电子产品、大型平面显示器和可折叠又方便携带的电器。
科学家称,这项研究成果将引导新产业和消费领域的发展。
PVB 在分离膜材料领域的应用研究进展柳巨澜(安徽皖维集团有限责任公司,安徽合肥238002)摘要:聚乙烯醇缩丁醛(PVB)是亲水性高分子材料,具有优良的成膜性能,近年来在制备亲水性膜分离材料方面得到广泛关注。
旨在对PVB 应用于制膜的研究进展进行综述,以期为PVB 制备分离膜材料的研究提供借鉴。
关键词:PVB ;膜材料;分离;亲水性doi :10.3969/j.issn.1008-553X.2021.01.006中图分类号:TB383.2文献标识码:A文章编号:1008-553X (2021)01-0017-03收稿日期:2020-10-09作者简介:柳巨澜(1968-),男,毕业于安徽大学有机合成专业,高级工程师,从事聚乙烯醇及其衍生物研究工作,julanliu@ 。
聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl Butyral ,简称PVB)是聚乙烯醇与正丁醛的缩合产物,其结构式如图1所示[1],分子中含有较长支链及羟基,使其成为具有优良亲水性的高分子材料。
PVB 具有良好的耐光性、耐水性,适用温度范围广,且具有耐酸碱腐蚀和良好的成膜性能,是一种受欢迎的亲水性膜材。
目前PVB 膜的制备方法大致有浸没-沉淀法[2]、溶液纺丝法[3]、TIPS 法[4]。
按照PVB 在膜材料中的使用比例可以分为作本体材料、与其他膜材料共混及其改性相关研究。
本文旨在介绍PVB 应用于制备膜材料的研究进展。
图1PVB 结构式1以PVB 为本体的膜材料制备许多研究者采用PVB 作为本体高分子材料制备膜分离材料。
热致相分离(TIPS)是一种易于控制膜孔结构的制膜方法。
漆静[4]选用PVB 为制膜材料,聚乙二醇为稀释剂,采用TIPS 法制备了PVB 中空纤维膜。
通过旋节线相分离机理控制,制备的PVB 膜具有相互贯通的海绵状本体结构特点。
结果表明,随空气距增大,外表面致密皮层厚度增加;随挤出温度升高,膜内表面孔变小,二者均会使截留率和力学性能提高,通量降低。
MABR技术在污水处理中的应用及研究进展MABR技术在污水处理中的应用及研究进展一、引言随着工业化和城市化进程的加快,污水处理成为一个愈发重要的环境问题。
传统的污水处理工艺存在着投资高、占地面积大、能耗高、运行维护费用高等问题,因此,研究发展更加高效、经济、可持续的污水处理技术变得尤为迫切。
自从膜生物反应器(MBR)技术被引入污水处理领域以来,随着不断的研究和改进,基于MBR技术的新型改进技术也应运而生。
其中,基于膜空气卷边反应器(Membrane Aerated Biofilm Reactor,简称MABR)的技术受到了广泛关注。
本文将通过对MABR技术在污水处理中的应用及研究进展进行综述,以期为进一步的研究和应用提供参考。
二、MABR技术的基本原理MABR技术是一种基于biofilm和介质的工艺,利用透气性的膜作为氧气传输的通道。
相较于传统的MBR技术,MABR技术在膜的应用上有所不同,通常采用具有多孔结构的膜以提供氧气和底物传输。
在MABR系统中,底物通过搅拌或气体循环被输送到膜的内侧,底物在膜表面形成了生物膜。
生物膜中的微生物利用底物进行呼吸作用,释放出CO2和H2O。
同时,膜中的空孔引入外部空气,氧气通过通道进入生物膜中,提供氧气供微生物的代谢过程。
三、MABR技术在污水处理中的应用1. 去除有机物MABR技术在去除有机物方面具有很大的潜力。
传统的MBR 技术中,氧气传输通常是通过机械或超声波膜通道进行的,这导致氧气传输效率低下。
而MABR技术中,氧气通过孔隙膜自然传输,提高了传输效率和氧气利用率。
研究表明,MABR技术在有机物去除中显示出更高的去除率和更低的COD值。
2. 氮、磷去除MABR技术在氮、磷去除方面也取得了显著的成果。
利用MABR技术,氧气传输到微生物的周围更为均匀,使得硝化、反硝化和除磷反应能够同时进行。
研究显示,与传统的MBR技术相比,MABR技术在氮、磷去除效率方面有明显的提高。
膜分离技术的研究进展及当前应用领域和前景展望丁西(江南大学食品学院,江苏无锡)摘要:介绍了膜分离技术的发展,综述了微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析的分离原理,各种膜分离过程的影响因素。
并且概述了膜分离技术在当前各领域的应用,着重介绍了膜分离技术在乳制品加工、油脂加工和葡萄酒酿造等方面的应用,并展望了膜分离技术的发展前景。
关键词:膜分离技术;原理;应用;前景膜分离技术是一项高新技术,虽然二百多年以前人们便已发现膜分离现象,但直到20世纪60年代开始,由于美国埃克森公司第一张工业用膜的诞生,膜技术才进入快速发展时期。
膜技术的发展虽然不长,但因为膜技术独具优越性,目前在工业中已得到广泛的应用,例如在环保、水处理、化工、冶金、能源、医药、食品、仿生等领域。
膜分离技术是指借助于外界能量或化学位差的推动,通过特定膜的渗透作用,实现对两组分或多组分混合的液体或气体进行分离、分级、提纯以及浓缩富集的技术。
目前常见的膜分离过程可分为以下几种,微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,UF)、反渗透(Reverseosmosis,RO)、电渗析(Electrodialysis,ED)等。
膜分离技术具有过程简单、无二次污染、分离系数大、无相变、高效、节能等优点,操作无需特许条件,可在常温下进行,也可直接放大。
对于性质相似组分的分离,该技术具有独特优势,而且可以与常规分离方法联合应用。
世界上许多国家都把它作为国家的重点发展项目。
欧、美、日等发达国家目前在该技术上已处于领先地位;我国从“六五”到973 计划也一直将其列为重点支持项目,国发展改革委员会颁布了组织实施膜技术及其应用产业化专项公告。
1.膜分离技术的分离原理和特点1.1微滤微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一,孔径在0.05~10μm之间,可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去,滤液纯净,国际上通称为绝对过滤。
MOFs研究综述编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(MOFs研究综述)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
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金属—有机骨架材料的研究综述摘要:与传统无机多孔材料相比,金属-有机骨架材料具有更大的比表面积、更高的孔隙率、结构及功能更加多样,已经被广泛应用于气体吸附、分子分离、催化反应、药物缓释等领域中。
本文主要对金属-有机骨架材料的研究历史、分类,、合成和应用等方面进行了介绍。
关键词:金属有机骨架材料;合成;多孔材料;催化剂The Review of Materials of Metal-organic FrameworksAbstract: Compared with traditional porous materials,materials of metal —organic frameworks have bigger specific surface areas, higher porosity,lots of framework structures and functions。
It has been applied to the gas adsorption,molecular separation catalysis,drug delievery or other domains。
In this paper, we mainly introduce the research history,,the classification, the synthesis and the applacations of materials of metal-organic frameworks。
膜分离技术在食品工业中的应用及研究进展一、本文概述膜分离技术是一种基于膜的选择性透过性质,将混合物中的不同组分进行分离、提纯或浓缩的技术。
近年来,随着科技的快速发展,膜分离技术因其高效、节能、环保等优点,在食品工业中的应用越来越广泛。
本文旨在全面综述膜分离技术在食品工业中的应用现状及其研究进展,以期为食品工业的科技创新和产业升级提供理论支撑和实践参考。
本文将首先介绍膜分离技术的基本原理和分类,然后重点论述膜分离技术在食品加工、饮料制造、食品安全检测等领域的具体应用,包括膜过滤、膜蒸馏、膜萃取等。
还将探讨膜分离技术在提高食品品质、保障食品安全、节能减排等方面的优势和潜力。
本文将分析当前膜分离技术在食品工业中面临的挑战和未来的发展趋势,以期推动膜分离技术在食品工业中的进一步发展和应用。
通过本文的综述,我们期望能够为食品工业的科技创新和产业升级提供有益的启示和思考。
二、膜分离技术基础膜分离技术,作为一种高效的分离、纯化和浓缩方法,近年来在食品工业中得到了广泛的应用。
其基本原理是利用膜的选择性透过性质,在分子级别上实现物质的分离。
膜分离技术的核心在于膜的选择,这些膜可以根据其孔径大小、材料特性和表面性质等因素,被设计成适用于不同的分离任务。
膜分离技术的主要类型包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。
微滤主要用于分离颗粒和悬浮物,其孔径较大,可以允许较大的分子或颗粒通过。
超滤则用于分离溶液中的大分子物质,如蛋白质、胶体等。
纳滤则更进一步,可以分离分子量较小的物质,如某些有机物、无机盐等。
而反渗透则是通过高压将溶剂从溶液中分离出来,常用于海水淡化、纯水制备等领域。
在食品工业中,膜分离技术主要用于以下几个方面:用于果汁、饮料的澄清和浓缩,可以去除悬浮物、胶体等杂质,提高产品的清澈度和口感。
用于蛋白质的分离和纯化,可以帮助从复杂的食品体系中提取出高纯度的蛋白质,为后续的食品加工或研究提供便利。
膜分离技术还可以用于乳品的加工、油脂的分离和回收等领域。
课题论文
题 目: 无机膜材料的研究进展综述
指导老师: 崔云
学生姓名: 张明豪 学号 6011208161 专 业: 化学工程与工艺 院 系: 化工系 完成时间: 2015/01/06 无机膜材料研究应用现状及展望 摘 要: 膜材料作为膜分离技术的核心越来越受到人们的关注。简要概
述了膜技术的应用现状,重点介绍了无机膜材料的分类、制备以及无机膜材料的应用。分别列举了各类典型的无机膜材料及其制备方法,并对无机膜材料今后研究的方向进行了展望。
关键词: 无机膜材料; 分离; 应用; 制备
膜是一种化学材料,既有分离、浓缩、净化和脱盐的功能,又有高效、节能、环保、分子级过滤等特征,因此被广泛地应用于污水回用处理、海水淡化、苦咸水淡化、超纯净水等行业。膜分离技术是指借助膜的选择渗透作用,在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中溶质和溶剂进行分离,分级,提纯和富集。膜分离现象早在250多年以前就已被发现,但是膜分离技术的工业应用是在20世纪60年代以后。膜分离技术的发展历史较短,其大致的发展史为:从20世纪30年代开发微孔过滤(microfil2tration)开始,40年代为透析(dialysis);50年代为电渗析(electrodialysis);60年代为反渗透(或称高滤reverseosmosis,hyperfiltration);70年代为超滤(ul2trafiltration)和液膜(liquidmembrane);80年代为气体分离(gasseparation);90年代为渗透汽化或称渗透蒸发(Pervaporation)。数十年来,膜分离技术发展迅速,特别是90年代以后,随着膜(TFC膜)的研制成功,膜分离技术的应用领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术,已经被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等领域。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。尤其在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天,膜分离技术被认为是21世纪最有发展前途的高新技术之一。据中国膜工业协会消息:我国2005年膜市场需求已达100亿,2010年,我国膜市场需求将高达200亿,而且以20%的速度递增。“十一五”期间年均增速继续保持在15%左右,将占到世界总量的10%~15%[1]。 无机膜是以无机材料为分离介质制成的具有分离功能的渗透膜,如陶瓷膜、金属膜、合金膜、分子筛复合膜、沸石膜和玻璃膜等,它具有化学稳定性好、耐高温、孔径分布窄和分离效率高等特点,可用于气体分离等。无机膜的研究始于20世纪40年代,现已历经3个阶段。由于无机膜的优异性能和无机材料科学的发展,无机膜的应用领域日益扩大,无机膜的应用主要涉及液相分离与净化,气体分离与净化和膜反应器3个方面。无机膜的工业化应用主要集中于液相分离领域,无机膜在液体分离方面的应用主要是微滤和超滤,其中使用最多的是陶瓷膜。将无机膜与催化反应过程结合而构成的膜催化反应过程被认为是催化学科的未来三大发展方向之一。因此无机膜的应用成为当前膜技术领域的一个研究开发热点。我国无机膜研究工作起步较晚,大约从20世纪80年代才开始无机膜的研究开发,目前与国际先进水平存在着明显的差距。因此,国家自然科学基金委员会于20世纪90年代初设立专项重点基金,资助无机膜的应用基础研究,以期加速其发展。在国家“九五”计划期间,无机膜制备与应用技术研究被列入国家科委重点攻关计划,开发的陶瓷滤膜已在部分产业的实际应用中获得了成功,并初步商品化。无机分离催化膜研究也纳入国家“863”发展计划,成为专家学者们研究的热
点之一。 一 陶瓷膜
陶瓷膜是以多孔陶瓷材料为介质制成的具有分离功能的渗透膜。它可承受高
温和宽的pH值范围,而且其化学惰性比聚合物膜高,一般用于微滤和超滤。陶瓷分离膜是以多孔陶瓷为载体、以微孔陶瓷膜为过滤层的陶瓷质过滤分离材料。它主要是依据“筛分”理论,根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同,利用压力差为推动力,使小分子物质可以通过,而大分子物质则被截留,从而实现它们之间的分离。目前开发的陶瓷膜有氧化铝质、氧化钴质、氧化硅质、硅酸铝质、碳化硅质等[4]。1.1 陶瓷膜的制备陶瓷膜的主要制备技术有;采用固态粒子烧结法制备载体及微滤膜,采用溶胶2凝胶法制备超滤膜,采用化学气相沉积制备微孔膜或致密膜。其基本理论涉及材料学科的胶体与表面化学、材料化学、固态离子学、材料加工等。近年来,溶胶-凝胶法的成膜技术仍在发展,用以制备孔径小于2nm的纳滤膜和气体分离膜。如采用聚合法制备的SiO2溶胶膜,具有明显的分子筛作用,关键在于控制陈化时间和催化剂浓度;采用溶胶2凝胶法制备的TiO2膜,平均孔径为1.5nm,截留分子量低于200;采用溶胶-凝胶法制备的TiO2膜和ZrO2膜,孔径1nm左右,用以清除废液中色素及毒物。此外,用化学沉积法制备微孔膜也日益受到重视[5]。1.2 陶瓷膜的应用 我国具有自主知识产权的陶瓷膜法超细粉体生产新工艺,实现了工业应用,粉体回收率达99%以上。专用氧化锆陶瓷膜的研制,解决了陶瓷膜处理轧钢乳化油废水通量稳定性的关键问题,新工艺的综合成本是进口膜装置的1/3,已在宝钢、武钢等大型企业建立了近20个工程。膜法中药生产新工艺以取代传统的醇沉工艺,在国内某知名制药厂获得大规模应用,仅乙醇用量的减少就为企业带来180万元/年的效益。在生物制药领域,开发了陶瓷膜法净化发酵液的研究与装备技术,数十套大型装置已在我国多家上市公司成功应用。在化工与石油化工领域,7万吨/年用于某化工产品生产的催化剂回收陶瓷膜装备,是陶瓷膜在石化主流程中的首次应用。
二 金属膜
金属膜是20世纪90年代由美国研制成功的以多孔不锈钢为基体、TiO2陶瓷
为膜层材料的一种新型金属2陶瓷复合型的无机膜。金属膜具有良好的塑性、韧性和强度,以及对环境和物料的适应性,是继有机膜、陶瓷膜之后性能最好的膜材料之一。金属膜是以金属材料,如钯、银为介质制成的具有分离功能的渗透膜。可利用其对氢的溶解机理制备超纯氢和进行加氢或脱氢膜反应。金属膜材料包括致密金属膜材料和多孔金属膜材料。致密金属膜材料物质通过致密材料是按照溶解2扩散或离子传递机理进行的,例如钯(钯银)、银、钛、镍等金属能够选择透过某种气体,所以对某种气体具有较高的选择性是致密材料的突出特点,但渗透率低是其缺点之一。这类膜材料包括Ag、Pd、Pd与ⅥB至ⅧB族金属制成的合金膜,V、Nb、Ta等ⅤB族金属元素膜。由多孔金属材料制成的多孔金属膜,包括Ag膜、Ni膜、Ti膜及不锈钢膜。目前已有商品出售,其孔径范围一般为200~500nm,厚度50~70nm,孔隙率可达60%,以具有催化和分离双重性能而受到重视,但成本较高。 2.1 金属膜的制备及应用
金属膜的制备过程中有2大关键技术—基体的制备和陶瓷膜层的制备。金属基体是依靠粉末冶金技术来实现的,陶瓷膜层是依靠湿化学法的溶胶2凝胶法来完成的[6]。赵信峰等[7]以多孔阳极氧化铝膜(anodicaluminumoxide,AAO)为模板,用真空蒸镀法复制了金属铜的纳米孔洞阵列膜。郭诗玫等[18]通过直流二极溅射法制备了具有不同调制波长和周期的Al/Pb金属多层膜。金属膜具有耐酸碱和有机溶剂、耐高温、抗弯、抗震动、不需加密封(焊接成型)、不易碎、不易被压实、不易老化等性能。可在高温、高压、高粘度、高固含量、高溶解性有机溶剂体系、苛刻的pH值等体系中使用,可反冲洗,而且使用寿命长。三达膜科技(厦门)有限公司开发出的金属膜系统可以在比较苛刻的工艺条件下达到优良的分离性能和多年的可靠过滤。可以在较宽的化学条件、压力和温度范围内运行。具有较优良的机械强度和稳定性,在使用过程中不易破裂。组件可在高达350)(177℃)的温度下长期使用。系统设计的操作压力可达1000psig(69bar))的温度下长期使用。系统设计的操作压力可达1000psig(69bar)以上。金属膜主要应用在催化剂的回收(高温),米糖浆中糖泥的过滤(高黏度),取代陶瓷膜微滤以及一些发酵液的过
滤等。
2.2 合金膜的制备及研究进展
合金膜是以合金材料,如钯2镍、钯2金、钯2银等为介质制成的具有特殊分离功能的渗透膜。合金膜材料主要包括Pd的合金膜、Ag的合金膜以及高分子合金分离膜。合金主要是指Pd与Ag、Y、Cu、Ni、Au等形成的二元合金,或Pd2Y、Pd2Gd与In、Sn、Pb及P2Ag与Au、Y、Ni、Pt、Rh等形成的三元合金,甚至还开发出了四元合金、七元合金等[5]。章娴君等[9]利用羰基金属气相沉积方法,在Al2O3陶瓷基片上,以Mo(CO)6和W(CO)6为源材料,制备了具有超微粒结构的Mo/W合金多晶膜材料。李夕金等[10]利用微弧氧化的方法在γ2TiAl合金上制备陶瓷膜。陈必清等[11]用电沉积法制备Gd2Co合金膜,Gd(Ⅲ)不能单独还原为Gd(0),但可以被Co(Ⅱ)诱导共沉积。由恒电位电解法得到非晶态的Gd2Co合金,Gd的含量随阴极电位的负移,Gd(Ⅲ)/Ni(Ⅱ)摩尔比增大以及电解时间延长而增大。孔玮曼等[12]采用高真空电阻加热蒸镀方法,已制备出面积为180mm×180mm的非晶硒合金膜。高会元等[13]采用改进的无电化学镀技术合成薄的、无缺陷的以及良好粘附性的Pd2Cu/ZrO22PSS复合膜。 我国“863”计划固体氧化物燃料电池(SOFC)研究已经取得突破性进展,处于国际领先地位。牵头承担这项课题研究的中国科技大学固体化学和无机膜研究所经过对新型中温固体氧化物陶瓷膜燃料电池的长期研制,把陶瓷膜制备技术开拓应用于SOFC的制作,把通常SOFC的高温(1000~900℃)拓延到中温阶段(700~500℃)。目前这项研究已经申报了11项国家发明专利,其中4项已获授权。
三 分子筛复合膜与沸石膜 3.1 分子筛复合膜 分子筛复合膜是指表观孔径小于1nm的膜。分子筛膜作为复合膜的控制层来使用,由于其具有均匀的孔径,且孔径大小与分子尺寸相近,气体因分子大小不同而被分离,这种由分子筛分机制控制的选择性是微孔膜中最高的。它具有与分子大小相当,且均匀一致的孔径,可进行离子交换,具有高温稳定性、优良的选择催化性能、易被改性以及有多种不同的结构可供选择等优点,是理想的膜分离和膜催化材料。主要有X型、Y型分子筛膜、ZSM25、SAPO234膜、硅分子筛膜、炭分子筛膜等类型[2]。分子筛膜可分为A型、Y型、P型、ZSM25型及T型等,膜的合成方法主要有原位水热合成法、微波加热合成法、二次生长法、汽相合成法、直