膜分离过程[精选].ppt

无机膜制备、表征及应用 1.绪论 由无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、 炭、多孔玻璃制备的膜称为无机膜，是固体膜 中的一种。 无机膜科学与技术，是材料科学的新领 域，也是化学工程学发展的一个前沿。 1.1 无机膜的特点 无机膜的特点 Advantages 1. High temperature stability 2.Mechanical stability under large pressure gradients (noncompressible, no creep) 3.Chemical stability(especially in organic solvents) 4. No ageing, long lifetime 无机膜的特点 5.Rigorous cleaning operation allowable(steam steritization, high backflush capability). 6. (Electro)catalytic and electrochemical activity easily realizable 7. High throughput volume and diminished fouling 8. Good control of pore dimension and pore size distribution 无机膜的特点 Disadvantages 1. Brittle character needs special configurations and supporting systems 2. Relatively high capital installation costs 3. Relatively high modification costs in case of defects 4. Sealing technology for high temperature applications may be complicated. 1.2无机膜的发展史 第一阶段:始于二战时期的Manhattan原子能计划。 采用多孔陶瓷膜分离UF6同位素。 ▲ 膜材料：多孔金属，多孔陶瓷。 ▲ 膜孔径：6 ~ 40 nm。膜组件：管式结构 ▲ 扩散机理：Knudsen 扩散，235UF6 比 238UF6扩散速率稍快。 1.2无机膜的发展史 1973年石油危机以后，加快了核能和平利用 的步伐。 ● 欧洲建立了大型膜气体扩散分离厂(法国)。 ● 膜面积达400万M2。 ● 于80 年代初建成。为90座90MW核反应堆提 供铀。 1.2 无机膜的发展史 第二阶段：激光技术的出现，无机膜富集铀已无优势，退出竞争，寻找新市场 ◎ 无机膜比有机膜的优势为其发展提供了机遇。 ◎ 80年代初无机超滤膜和微滤膜进入工业领域。 ◎ 首先在法国的奶业，葡萄洒业获得成功，逐步渗 透到食品、环境、生化、高温气体除尘、电子行 业气体净化等领域。 1.2 无机膜的发展史 第三阶段：90年代,无机膜发展进入第三阶段 ★ 新型膜材料，新的制膜工艺日益发展。 ★ 无机膜与催化反应过程相结合—未来催化学 科的未来三大发展方向之一。传统的化学工 业，石油工业，生物化工等领域引起革命性 变化。 1.2 无机膜的发展史 ★ 1994年Larbot等用溶胶-凝胶制备了γ- Al2O3膜，促进了无机膜的发展。 ★ 无机膜(钯膜)制氢为然料电池提供氢源。 ★ 2004年无机膜销售额达72亿美元，占膜市 场12% 以上。 Selected commercial inorganic membranes 1.2 无机膜的发展史 销售额 2002年无机膜总市场为60亿美元。 其中：美国 10亿美元，以超滤为主。 日本 40亿美元，陶瓷膜技术世界领先。 欧洲 10亿美元，以微滤为主。 中国 10亿人民币，以超滤、微滤为主。 年增长率 10%。 2.无机膜的分类、结构及制备 2.1致密无机膜 2.1.1 致密金属膜 ??Pd及Pd合金膜特点：在常温下能溶解相当自身体积700倍的氢. 分离系数高，通量小。氢分子透过Pd膜的传输机理为：解离－溶解－扩散 图2.7 氢透过Pd膜的机理 由金属Pd与VI B和VIIIB族金属制成合金膜其性能佳 致密金属膜研究现状 俄罗斯在透氢钯膜的研究较领先，美