有机膜与无机膜
膜的分类

膜的分类————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ膜的分类环境与资源学院08级3班(一)膜的定义所谓的膜,是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相,它把流体相分隔为互不相通的两部分,并能使这两部分之间产生传质作用。
近年来,膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程。
已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等,渗透汽化也在最近几年中速成了工业规模的装置。
膜分离与反应结合的过程,各种膜反应器的研究和应用也发展较快。
其他非分离膜过程,如控制释放技术,医用人造膜和膜传感器等种类也不少,有的发展速度将超过膜分离过程。
(二)膜的特性◆ 不管膜多薄, 它一定有两个界面。
这两个界面分别与两侧的流体相接触◆ 膜传质有选择性,它可以使流体相中的一种或几种物质透过,而不允许其它物质透过。
(三)膜的分类方法膜种类和功能繁多,分类方法有多种,大致可按膜的材料、结构、形状、分离机理、分离过程、孔径大小进行分类。
3.1 按材料分类 无机膜和有机膜(1) 有机膜结构:对称膜(微孔膜、均质膜)、非对称膜、 复合膜形状:平板膜、管式膜、中空纤维膜、卷式分离机理: 扩散性膜 、离子交换膜、选 择性膜、非选择性膜分离过程:反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗 析膜、渗析膜、渗透蒸发膜孔径大小:微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜材料:有机膜、无机膜有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
通过膜对油滴及悬浮粒子的有效截留,而达到油水分离的目的。
具有出水水质好、操作方便、占地面积小、不产生新的污泥等优点。
膜渗透汽化有机膜电镜图(2)无机膜◆无机膜是固态膜的一种,它是由无机材料,如金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。
◆无机分离膜可以分为致密膜和多孔膜两类◆按IUPAC制定的标准·,多孔无机膜按孔径范围可分为三大类,目前已经工业化的无机膜均为粗孔膜和过滤膜孔径>50 nm 粗孔膜孔径2~50nm 过滤膜孔径<2nm 微孔膜陶瓷膜净水器金属膜电阻膜材料种类高分子有机膜纤维素衍生物类聚砜类聚酰胺类聚酰亚胺类聚酯类聚烯烃类乙烯类聚合物含硅聚合物含氟聚合物甲壳素类无机膜致密膜多孔膜致密的金属膜致密的固体电解质膜致密的”液体充实固体化“动态原位形成的致密膜Pd膜及Pd合金膜Ag膜及Ag合金膜氧化锆膜复合固体氧化膜多孔负载膜多孔金属膜,多孔不锈钢膜多孔Ni膜,多孔Ag膜,多孔Pd膜,多孔Ti膜多孔陶瓷膜,包括Al2O3膜,SiO2膜,ZrO2膜,TiO2膜(多孔玻璃膜,分子筛膜,包括碳分子筛)具体分类◆目前,实用的有机高分子膜材料有:纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。
膜科学与技术13篇

膜科学与技术1第一篇:膜材料膜科学与技术作为一门新兴的交叉学科,已经在环保、制药、电子等领域得到了广泛应用。
而膜材料是膜科学与技术的核心之一,也是应用最广泛的一种材料。
膜材料通常是由一层或多层材料组成,其特性取决于其制备方法、组成、结构、形态等因素。
膜材料可分为有机膜、无机膜、杂化膜等几类,其中以有机膜最为常见。
有机膜材料广泛应用于水处理、气体分离、生物医药等领域。
如:纳滤膜、反渗透膜、蒸气气化膜等。
无机膜材料优点在于耐高温、高压、强腐蚀等特性,特别适用于化学和生物工艺产业。
杂化膜材料则是研究热点,其优点在于结合有机和无机膜材料的优点,具有结构可调性、性能优异性等优势。
膜材料的制备方法包括溶液浇铸、相转移、自组装、气相沉积、凝胶转换、等离子喷涂等多种。
其中,膜材料的表面形态和结构对其分离性和通量有很大的影响。
例如,高通量中空纤维膜、平板膜、中空纳米纤维膜等,都能在不同的领域提供特定的分离性和通量。
总之,膜材料为膜科学与技术的重要组成部分,在未来的环保、节能、生物医药等领域将会得到广泛应用。
第二篇:膜分离技术膜分离技术是一种将混合物中不同成分物质通过半透膜分离的方法。
膜分离技术是膜科学与技术中最为主要和应用最广泛的领域之一。
膜分离技术的主要原理是利用半透膜的分离性将混合物中的成分分离出来,常被应用于水处理、气体分离、生物医药等领域。
主要分离方法有纳滤、超滤、微滤、反渗透等。
其中,反渗透膜广泛用于淡化海水、制备高纯水等领域。
纳滤膜则广泛应用于分离蛋白质、微生物、胶体等领域。
超滤膜通常用于分离高分子、颗粒、菌体等。
膜分离技术的发展不断推进,开发出的新型材料和制备方法也不断涌现。
在未来,膜分离技术将会更为广泛地应用于制药、食品、环保等领域,为人们带来更为便利和高效的生产方式。
第三篇:膜反应器膜反应器是一种将反应物通过膜反应室中的半透膜反应,常被应用于催化反应、过滤反应、膜生物反应等领域。
是膜科学与技术中的研究热点之一。
有机膜与无机膜

膜技术的发展与应用摘要:分离技术的发展与人类的生产实践密切相关, 伴随着生产力的发展, 科学技术的进步, 分离的方法也从简到繁, 从低级到高级, 工艺从一种方法到多种联用。
已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术, 膜分离技术等。
膜分离技术作为新型高科技分离技术之一, 倍受众多工业的关注。
目前已广泛应用于化学工业,水处理,食品及生化工业,纺织及制革工业,造纸工业,医药工业等多个领域。
本通过查阅了大量文献,本文先总述了,国内外膜的发展情况。
然后叙述无机膜在国内外的发展情况,并将有机膜与无机膜多方面的性能,特点进行比较,着重讨论了无机膜的发展与应用。
关键词:膜分离,发展,应用,性能,特点,比较,展望。
膜发展史:膜分离现象的揭示可以追溯到200多年以前。
1748年阿培诺来发现动物膀胧里充满酒精,然后浸入水中,膀耽就逐渐胀大,甚至破裂。
相反,膀脱中充满水,再把它浸入酒精中,则情况相反,膀肤中的水会向外渗透,膀胧约缩。
还发现,凡是和膀脱同类性质的薄膜,都具有这种渗透功能。
又经过100多年,于1886年范托夫从现象提高到理论,归纳了渗透第一定律和渗透第二定律。
但膜分离技术在工业上获得重要应用并取得高速发展却是近四、五十年的事。
膜分离的关键是膜材料。
根据成膜材料不同,膜技术可分为有机膜和无机膜两大类,其中,有机膜也称为高分子分离膜。
膜分离技术发展大致可分为3 个阶段:——50 年代, 奠定基础的阶段;——60 年代~80 年代, 发展阶段;——90 年代~至今, 发展深化阶段:国外发展情况:前苏联研究膜工艺起始于60年代,大量的研究报告发表于70年代,当时已经具有相当规模。
推算起来,起步与我国差不多时候,但科研进展比较快,结合实际,应用面宽,见效快。
在工业生产中它已应用于食品、医药、生物工程、炼油、化工、冶金、半导体、宇航等部门的气体和液体的净化、提纯、分离与浓缩,用于核电站处理放射性同位素废液。
有机膜和无机膜处理含硫采出水对比试验研究

第29卷第2期长春大学学报Vol.29No.22019年2月JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY Feb.2019收稿日期:2018-12-20作者简介:王庆吉(1982-),男,黑龙江大庆人,高级工程师,硕士,主要从事油田水处理及固废处理与设计方面研究。
有机膜和无机膜处理含硫采出水对比试验研究王庆吉(大庆油田建设设计研究院,黑龙江大庆163712)摘要:针对某油田外围特低渗透区块,进行了含油污水有机膜和无机膜的现场试验,从处理效果、通量衰减、再生周期等方面进行了对比分析,结果表明:当来水油含量<132mg /L ,悬浮固体含量<34.7mg /L ,硫化物含量<32.8mg /L 时,经过“预处理—PVC 中空纤维有机膜”处理后(投加10 40mg /L 药剂),出水含油量平均值<0.6mg /L 以下,悬浮固体含量平均值<0.9mg /L ,粒径中值平均值<0.9μm ,硫化物含量<1.2mg /L ,运行平稳达标。
关键词:油田低渗透区块;有机膜;无机膜;现场试验中图分类号:TQ028.8文献标志码:A 文章编号:1009-3907(2019)02-0013-05目前,油田主要采用粒状颗粒滤料进行油水沉降分离后剩余含油和悬浮固体的去除[1],以便达到油田要求的不同渗透率油层的回注水水质控制指标,但是,外围特低渗透油田依靠粒状颗粒滤料过滤的出水水质[2],无法达到油田要求的特低渗透率油层回注水水质控制指标(Q /SY DQ 0605—2000特低渗透油层要求:含油量≤5mg /L ,悬浮固体≤1mg /L ,粒径中值≤1.0μm )[3]。
因此,需要优选适合油田采出水处理精细过滤技术,即膜处理技术,以确保处理后的水质能够达到特低渗透率油层要求回注水水质控制指标[4-5]。
1特低渗透区块水质特性分析油田外围某区块每年的4 10月份,由于压裂作业返排废水、钻关泄压废水等作业废水的加入,使得急需处理的含油污水水量变大且水质变差,主要表现为含硫量高且悬浮固体增加,尤其是絮状物及细小颗粒增加,此时含油量为185.6 406.7mg /l ;悬浮固体为22.87 42.93mg /l ;硫化物为30.9 44.2mg /l ,总铁含量为0.52 1.75mg /l ;矿化度为4063 6041mg /l ,具体水质情况如表1所示。
膜材的基本知识

膜材的基本知识膜材是一种具有高度结构化的材料,通常由多个层次的薄膜构成。
它在许多工业领域中被广泛应用,具有广泛的应用前景和潜力。
本文将介绍膜材的基本知识,包括膜材的定义、分类、制备方法以及其在不同领域的应用。
1. 膜材的定义膜材是一种具有特殊结构的材料,其主要特点是具有很小的厚度和高度结构化的特性。
膜材通常由多个层次的薄膜构成,各层之间通过化学键、物理吸附等方式相连接。
膜材可以具有不同的形态,如薄膜、纤维、片状等。
2. 膜材的分类根据膜材的物理性质和化学组成,膜材可以分为有机膜材和无机膜材两大类。
2.1 有机膜材有机膜材是指由含有碳元素的有机化合物构成的膜材。
有机膜材具有较好的可溶性、可加工性和选择性,广泛应用于膜分离、催化、传感等领域。
常见的有机膜材包括聚酯薄膜、聚醚薄膜、聚酰亚胺膜等。
2.2 无机膜材无机膜材是指由无机物质构成的膜材。
无机膜材具有高度的热稳定性、化学稳定性和力学强度,广泛应用于气体分离、电解质、催化剂载体等领域。
常见的无机膜材包括陶瓷膜、金属膜、无机有机复合薄膜等。
3. 膜材的制备方法膜材的制备方法主要包括湿法制备和干法制备两种。
3.1 湿法制备湿法制备是指将溶液中的膜材前体通过溶胶-凝胶方法制备成膜。
常用的方法包括溶胶浸渍、溶胶凝胶旋涂、溶胶喷涂等。
湿法制备的优点是制备过程简单易行,适用于大面积膜材的制备。
3.2 干法制备干法制备是指通过热蒸发、物理气相沉积等干燥过程将膜材前体直接转变为膜。
干法制备的优点在于不需要使用溶剂,制备的膜纯度高,适用于一些对纯度要求较高的应用。
4. 膜材的应用领域膜材在许多领域中都有广泛的应用。
4.1 分离膜膜材在分离领域中具有广泛的应用。
例如,在水处理中,通过膜分离技术可以实现对微小颗粒、溶解物和离子的分离和浓缩。
在气体分离中,膜材可用于分离不同成分的气体,如二氧化碳和甲烷的分离。
4.2 催化膜膜材在催化领域中也有重要应用。
膜材的高度结构化特性使其可以作为催化剂载体,将催化剂固定在膜上,提高反应效率和选择性。
有机无机杂化膜

【关键词】 多壁碳纳米管;功能化;有机/无机杂化膜;界面聚合;超滤;反渗透;渗 透汽化;有机-无机杂化膜的研究进展1. 简介传统的有机膜具有柔韧性良好、透气性高、密度低的优点,但是它们的耐溶 剂性、耐腐蚀、耐温度性都较差,而单纯的无机膜虽然强度高、耐腐蚀、耐溶剂、 耐高温,但比较脆,不易加工,因而制备一种兼具有两者优点的膜是目前研究的 热点。
有机-无机杂化膜在有机网络中引入无机质点,改善网络结构,增强了膜 的机械性能,提高了热稳定性,改善和修饰膜的孔结构和分布, 提高膜的渗透性 和分离选择性。
2. 有机-无机杂化膜的结构有机-无机杂化膜按结构可分为3大类:(1)有机相和无机相间以共价键结 合的杂化膜,图1; (2)有机相和无机相间以范德华力或氢键结合的杂化膜,图 2,膜从结构上可以分为在有机基质内分散着无机纳米微粒和在无机基质中添加 纳米高分子微粒;(3)有机改性的陶瓷膜,图3Orgaric monomers图1有机相和无机相以共价键结合的杂化膜or ol ig )mersao^Dolymerizdtion or aandsTE^ion Irorgaric mderiaicur s )rs图2冇机郴和无机相以范德华力或氢键结合的朵化服图3有机改性的陶浇膜谈纳米管自问世以来因其卓越的性能而备受关注。
将碳纳米管与聚合物复合从而提高聚合物3. 有机-无机杂化膜的制备方法制备有机-无机杂化膜的方法包括:溶液-凝胶法、纳米微粒与高分子直接共 混法、原位聚合法等。
这里重点介绍前两种方法。
(1) 溶胶-凝胶法(sol-gel )溶胶-凝胶法是将无机前驱体溶于水或有机溶剂中形成均匀的溶液,通过水 解、缩合反应生成粒子粒径为纳米级的溶胶,再经干燥转变为凝胶。
用溶胶-凝胶法制备的杂化膜内部有机和无机相易发生分离,不易得到均质 膜。
当无机组分均匀的分散在有机网络中, 且两者间存在一定的相互作用时,易 得到透明均质膜。
无机膜

第十三章无机膜第一节概述一、无机膜的发展概况随着膜技术及其应用的进一步的发展,对膜使用条件提出了愈来愈高的要求,有些显然是高分子膜材料所无法满足的,因此,研究耐高温的无机膜日益受到人们的重视。
无机膜是固态膜的一种,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。
与有机膜相比,无机膜具有以下优点:(1)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。
(2)化学稳定性好,耐有机溶剂,耐酸碱,抗微生物侵蚀。
(3)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。
(4)净化操作简单、迅速,价格便宜,保存方便。
(5)孔径分布窄,分离效率高。
目前,从技术上看,无机膜还存在如下缺点:(1)生产成本高,制造技术难度大。
(2)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。
(3)膜器安装因密封的缘故,使其性能不能得到充分利用。
无机膜的研究和应用经历了三个发展阶段。
第一个阶段是在第二次世界大战期间,为了实施Manhattan原子弹计划,欧美等国家采用气体扩散分离技术,利用多孔陶瓷膜材料从天然铀矿中分离UF6,以用于制备核裂变原料235U。
由于UF6具有腐蚀性,可供选择的材料仅是一些金属或陶瓷材料,在组件上则采用管式结构,多层膜涂在多孔管的内侧。
美国橡树岭国家研究实验中心和法国原子能研究中心,都秘密地建造了微孔无机膜多级分离238U和235U 的气体扩散工厂,前苏联也建成了类似的工厂以满足核工业的需要。
70年代国际上出现了两次能源危机,世界各国都加快了核能和平应用的步伐,采用陶瓷膜富集铀235UF6的工业化受到重视。
第二个阶段是在上世纪80年代初至90年代,始于工业无机膜超滤和微滤技术的创立与发展,是由以下三方面的因素促成的:(1)在生产核裂变原料过程中,为了提高气体扩散分离富集的效率,对无机膜的制造已经累积了相当的经验;(2)利用高聚物膜开发的超滤技术在许多领域中获得了广泛的应用;(3)高分子材料制成的分离膜具有热稳定性和化学稳定性差、机械强度低、膜污染严重等缺点。
MBR的分类及应用

MBR的分类及应用MBR 工艺用膜膜可以由很多种材料制备,可以是液相、固相甚至是气相的。
目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。
根据孔径不同可分为:微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜;根据材料不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是微滤级别膜。
膜可以是均质或非均质的,可以是荷电的或电中性的。
广泛用于废水处理的膜主要是由有机高分子材料制备的固相非对称膜。
一、 MBR 膜材质1、高分子有机膜材料:聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。
有机膜成本相对较低,造价便宜,膜的制造工艺较为成熟,膜孔径和形式也较为多样,应用广泛,但运行过程易污染、强度低、使用寿命短。
2、无机膜:是固态膜的一种,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。
目前在 MBR 中使用的无机膜多为陶瓷膜,优点是:它可以在 pH = 0~14 、压力P<10MPa 、温度<350 ℃ 的环境中使用,其通量高、能耗相对较低,在高浓度工业废水处理中具有很大竞争力;缺点是:造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难。
二、 MBR 膜孔径MBR 工艺中用膜一般为微滤膜( MF )和超滤膜( UF ),大都采用 0.1 ~ 0.4 μ m 膜孔径,这对于固液分离型的膜反应器来说已经足够。
微滤膜常用的聚合物材料有:聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
超滤常用聚合物材料有:聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈( PAN )、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等。
三、 MBR 膜组件为了便于工业化生产和安装,提高膜的工作效率,在单位体积内实现最大的膜面积,通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内,在一定的驱动力下,完成混合液中各组分的分离,这类装置称为膜组件( Module )。
工业上常用的膜组件形式有五种:板框式( Plate and Frame Module )、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圆管式 (Tubular Module) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 和毛细管式 (Capillary Module) 。
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膜技术的发展与应用摘要:分离技术的发展与人类的生产实践密切相关, 伴随着生产力的发展, 科学技术的进步, 分离的方法也从简到繁, 从低级到高级, 工艺从一种方法到多种联用。
已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术, 膜分离技术等。
膜分离技术作为新型高科技分离技术之一, 倍受众多工业的关注。
目前已广泛应用于化学工业,水处理,食品及生化工业,纺织及制革工业,造纸工业,医药工业等多个领域。
本通过查阅了大量文献,本文先总述了,国内外膜的发展情况。
然后叙述无机膜在国内外的发展情况,并将有机膜与无机膜多方面的性能,特点进行比较,着重讨论了无机膜的发展与应用。
关键词:膜分离,发展,应用,性能,特点,比较,展望。
膜发展史:膜分离现象的揭示可以追溯到200多年以前。
1748年阿培诺来发现动物膀胧里充满酒精,然后浸入水中,膀耽就逐渐胀大,甚至破裂。
相反,膀脱中充满水,再把它浸入酒精中,则情况相反,膀肤中的水会向外渗透,膀胧约缩。
还发现,凡是和膀脱同类性质的薄膜,都具有这种渗透功能。
又经过100多年,于1886年范托夫从现象提高到理论,归纳了渗透第一定律和渗透第二定律。
但膜分离技术在工业上获得重要应用并取得高速发展却是近四、五十年的事。
膜分离的关键是膜材料。
根据成膜材料不同,膜技术可分为有机膜和无机膜两大类,其中,有机膜也称为高分子分离膜。
膜分离技术发展大致可分为3 个阶段:——50 年代, 奠定基础的阶段;——60 年代~80 年代, 发展阶段;——90 年代~至今, 发展深化阶段:国外发展情况:前苏联研究膜工艺起始于60年代,大量的研究报告发表于70年代,当时已经具有相当规模。
推算起来,起步与我国差不多时候,但科研进展比较快,结合实际,应用面宽,见效快。
在工业生产中它已应用于食品、医药、生物工程、炼油、化工、冶金、半导体、宇航等部门的气体和液体的净化、提纯、分离与浓缩,用于核电站处理放射性同位素废液。
据介绍,前苏联宇航员在宇宙飞行中所用的生活用水都是用膜法分离净化回收重复利用的。
例如,宇航员在舱中出的汗,用膜法净化回收水。
甚至小便也用膜分离净化应用,同时将净化后的水经电解以获取氢气和氧气,氧气供宇航员呼吸用。
前苏联在60年代初期建立了高分子聚合膜生产基地,70年代中期进入广泛的工业应用阶段,80年代初期高分子聚合膜进入工业化规模生产。
在1983年左右,美国主要天化学公司都在积极准备,以争先占领膜分离技术这一领域。
1985年美国膜技术的生意额为7亿美元。
当时美国密执安州一位科学顾问认为,未来膜拉术将在取代现有加工方法、开发某些新的加土方法方面,占有象微型集成电路、·碳纤维以及激光一样的重要位置。
虽然美国掌握了膜的开发窍门,但其他国家也在竞相研制。
西德的C址儿七公司新近开发一种反渗透体系,用于制超纯水,以漂洗瑞士手表厂的集成电路我国发展情况:根据国家科委1991年的统计资料,七五期间我国开发了氯碱工业用全氟离子膜、气体分离膜、水处理膜等,达到国际80年代水平的成果有10项,国内领先的有33项,获专利2项,完成了工业用膜和分离装置的研制,建立了生产膜材料和各种膜组件10个中试线,建立了膜分离技术示范工程6个,每年获取直接经济效益4000万元,间接经济效益约500万元,部分产品已开始出口。
说明了膜分离技术的工业开发在我国已奠定了坚实的基础,今后的任务是开发新品和扩大应用。
近年来,我国的膜技术取得了突飞猛进的发展,膜应用领域也在不断扩大,膜材料的研究开发和制造技术取得了重大进展,膜技术在水污染治理领域的应用已日益广泛,已成为污水处理与污水回用的优选技术。
十几年前,我国的膜材料、膜组件还基本是依靠进口,昂贵的销售价格,使膜技术的应用范围仅仅局限在工业纯水制造和化工、医药、轻工、食品等少数工业生产领域的物料分离。
近十年的发展,目前我国的膜制造产业已初具规模,并涌现出一批膜材料制造骨干企业,其产品种类涵盖了反渗透、纳滤、超滤和微滤等各类膜材料和各种膜组件和膜组器。
其中,超滤膜和微滤膜在国内市场的占有率已过半。
膜技术的应用范围也越来越广,不仅已广泛应用于城镇污水和工业废水回用的处理,而且更多地应用于难生物降解有机污染物和重金属污染物的分离处理,并且已成为工业废水零排放或低排放的基本手段。
同时,膜生物反应器技术也得到长足进步,兼氧型膜生物反应器技术已经达到国际先进水平,成为生活污水和工业废水处理的可靠方法。
国内外无机膜的发展:解体前的苏联十分重视无机刚性膜的开发与研究,它有着广阔的开发前景。
当时有学者预言,虽然它的制造成本要比目前常用的高分子膜贵2~4倍,但未来的无机膜将取代大部分有机高分子聚合膜。
这是膜材料的发展趋势。
也可以称无机膜为“未来膜”,这是因为无机膜具有有高分子膜无法比拟的优点: 国际上无机膜的研制起始于20世纪40年代,在上世纪上半叶,高分子膜和电渗析膜的研发应用占据很大比重,而无机膜主要用于早期核工业燃料铀的浓缩工艺。
至上世纪80年代才由于其独特性能得以在更广泛的领域发展起来。
90年代初期,已开发了四代无机膜产品,第一代是均质管式膜和平板膜,第二代是非对称均质管式膜,第三代是非对称螺旋卷式复合膜,第四代是大型非对称复合膜。
当时,无机膜的加工工艺已比较完整,其产品除各种玻璃外均已商品化,而且其应用范围正向各个领域不断扩大。
开发第五代的无机膜产品正在进行。
现阶段世界上已经开发的无机膜有陶瓷膜、金属膜、玻璃膜、石墨膜和无机复合膜。
金属和陶瓷结合的膜具有更大的发展潜力,它不仅具有耐热、耐烧,而且具有绝缘能力强,又有一定的韧性,又能耐磨,既有导电能力,又有传热能力。
有些反应是高分子有机膜无法忍受的。
若采用无机膜处理,可以直接在高温下进行气体分离火回收。
当时就有学者提到,在今后的发展中,无机膜在整个国际膜市场上将占有突出的地位,尽管有机合成膜可以截留某些组分,但对于特殊要求的物质分离仍期望于无机膜的开发。
我国在高分子膜的研究和生产方面已有坚实的基础,但在分离气体和无机刚性膜的开发生产与科学研究试验方面还没有赶上技术发展的形势。
上个世纪90年代,我们国家对无机膜的研究投入了大量的精力。
1993年,国家自然科学基金将无机膜催化研究列为重点项目。
1996年,国家科技部将陶瓷膜产业化列入国家重点科技攻关计划。
1998年,无机分离催化膜项目列入国家高技术发展规划。
2001年,陶瓷膜列入国家计委产业化专项项目。
无机膜与有机膜的一些性能进行比较:1.材质特点对比:膜分离技术广泛应用于石油化工、生物医药、食品加工和环保工程等众多领域,但由于膜特性的区别,有机膜适用范围往往局限于浓度较低或微污染等相对简单的反应体系中。
当原料体系具有强酸、强碱、强腐蚀性、高温及高浓度有机溶剂的污染特征时,有机膜易发生膜孔堵塞且难以恢复,与高腐蚀性物料通过化学反应会大幅度缩减使用寿命,溶于有机废液后还将引入二次污染问题。
反观无机膜分离技术,无机膜系统具有较高的膜渗透通量及分离效率,在受到高浓度物料污染后可采用多种化学清洗剂进行正向清洗和反脉冲在线清洗,或进行高温消毒清除生物型污染物,同时具备回收酸碱、高腐蚀性物料、表面活性剂、重金属离子以及热能的功能特点,可显著降低资源和能源消耗。
2.过滤方式,经济技术分析与膜的保存从过滤方式看,由于错流过滤操作比膜过滤消耗更多的单位滤液能耗,较高的膜面流速会在一定程度上消减膜污染程度,且无机膜往往具备更高的过滤操作压力和反冲洗压力,所以无机膜过滤效果会好一点。
从投资成本来看,相同处理规模的国产无机膜比国产有机膜造价偏高,但考虑到无机膜在苛刻处理条件下的广泛适用性及更长的使用寿命故国产无机膜在投资成本方面与国产有机膜相差不多。
对于膜系统运行,虽然无机膜过滤效果理想一些,但无机膜系统的单位处理成本一般不低于或略高于有机膜分离系统。
保存条件是影响膜元件使用寿命的重要因素之一.相比较而言,无机膜保存方式较为简便,不会受到膜体水解、微生物侵蚀等危害,而有机膜对保存的处理方法均具有较严格的要求。
3.膜性能维持与再生方法比较(1)原料液预处理无机膜对原料液进行预处理的目的在于去除大粒径悬浮物和硬性颗粒,使微小悬浮物和溶解性污染物生成易碎而无黏聚力的絮凝物,而有机膜预防污染的特殊性在于防止膜的生物性劣化、防止料液温度和pH值超出适当范围等。
在这一点上,它们各有优势。
(2)膜面改性与修饰:在无机膜领域,一方面选用具有催化活性和亲水特质的成膜改性材料,如二氧化钛提高膜分离性能,另一方面无机膜表面的功能团可与其他功能团、高分子链接或反应而得到修饰,高能射线辐射接枝可通过紫外光、等离子体使有机膜分子发生氧化、刻蚀、裂解、交联等作用,在不改变截流率的条件下增加膜透水性和耐污染性能。
(3)膜组件及流道设计和优化部分有机膜类型(如中空纤维膜)在设计动态膜结构、改变流道形状和加设激湍构件时存在困难,而管式陶瓷膜却非常适合组件和流道方面的优化设计。
4.膜再生和清洗方法比较无机膜在强化学清洗的条件下通常可以达到70%~90%的再生效率,而有机膜需根据膜材料的耐受能力选择适当强度的清洗剂和清洗方式。
无机膜的高机械强度使其可采用较高的跨膜压差(TMP)进行膜清洗,有机膜清洗应在较低的操作压力(0.1 MPa左右)下进行,以免引起膜丝断裂等膜结构损坏。
因此,无机膜的清洗较条件叫有机膜宽松。
而且有研究表明,TMP在一定范围内升高会使膜通量随之增加。
所以还可以借助清洗时适当的跨膜压差进行通量改性。
5.其他性能比较在装填密度和占地面积大小方面,有机膜具有较为显著的优势,尤其是常见的平板式膜、卷式膜、中空纤维膜等,装填密度范围可达到500~30 000 m2/m3。
但无机膜在这方面就逊色了。
对于已达到使用寿命或失去分离功能的离子交换膜、反渗透膜等有机膜元件,国内已有研究者在废弃膜材料回用或高等级膜的低端化应用方面进行研发和市场开拓。
关于废弃无机膜的回用尚未见到相关报道。
由以上的比较可知,无机膜有它更多有机膜不具备的特点。
目前,国际上的无机膜技术产业已初具规模,随着无机膜在新的领域(如燃料电池膜催化反应器)中的应用,市场份额必然会有所增加。
世界各国都对无机膜的研究及应用技术开发给予了很大的重视,将其作为一门新兴的高技术前沿学科进行研究。
美国能源部对无机膜的应用领域进行了广泛调查,对一些项目提供了巨额资助。
日本政府也对无机膜的研究极为重视,投入了大量的人力物力,在短短的几年内,成为无机膜技术先进国家之一。
1998年国外网上公布的膜和膜设备生产厂家及经营公司达452家。
2004年,世界分离膜的市场销售额已经超过100亿美元,无机膜的市场占有率超过12%。
由于无机膜在精密过滤分离中的成功应用,其市场销售额在最近几年以35%的年增长率发展。