第5章 2无机膜材料及制备-修改.ppt

5.3.2 膜及膜材料的修饰(改性) 膜改性主要的目的是要提高膜的使用特性。膜改性的目的有以下几种。 ①减小孔径，满足微滤、超滤或气体分离的要求，或通过修饰将孔封闭，使微孔膜成为致密膜。 ②通过引入某些元素或化合物，调节微孔表面性质，从而达到改变膜的传递与分离机制。 ③引入某些具有催化性能的活性组分又具有催化活性。 改性方法分为物理方法和化学方法。 常用的方法有接枝（graft）、共聚、交联、等离子或放射线刻蚀、溶剂预处理等。 采用浸渍或吸附的方法可将液相中改性组分沉积在膜的表面和膜孔内，也可用薄膜沉积技术(包括物理气相沉积、化学气相沉积和超临界流体沉积技术)对膜进行表面改性。膜经改性后，一方面可进一步减小其孔径；还可以改变膜孔表面的化学性质，从而改善膜的分离性能。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第5章 无机膜材料和膜制备 5-1 膜的分类 5-2 无机膜材料 5-3 膜的性能表征 膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用价值，要看其是否具备以下条件： (1) 有高的截留率(或高的分离系数)和高的透水率； (2) 有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能； (3) 好的柔韧性和足够的机械强度； (4) 抗污染性能好，使用寿命长，适用pH范围广； (5) 运行操作压力低； (6) 制备简单，便于工业化生产； (7)耐压致密性好，具有化学稳定性，能在较高温度 下应用。 5-1 膜的分类 膜技术的核心是膜。膜的化学性质和结构对膜分离的性质起着决定性影响，故要求膜材料应具有良好的成膜性能，化学稳定性，耐酸、碱、氧化剂和微生物侵蚀等。 比较通用的膜的分类方法主要有4种。 按膜的材料分类，天然膜和人工合成膜。 按膜的结构，可分为对称膜和非对称膜。对称膜，又称均质膜，指各向均质的致密或多孔膜，物质在膜中各处的渗透速率相同。非对称膜由一个极薄的致密皮层和一个多孔支撑层组成。 按膜的性质分类，膜固态膜、液膜、气膜。目前主要为固膜，制备固膜的材料一般为有机高分子； 按用途和膜的作用机理分类，主要是液体分离膜。它一般用于进行液体混合物的分离。选择渗透膜，也有文献称之为致密被动膜。 分离膜按其凝聚状态可分为固膜、液膜、气膜三类，目前大规模应用的多为固膜。 固膜目前主要以高分子合成膜为主，它可以是致密或是多孔的，可以是对称或非对称的。另外，以无机物为膜材料的分离膜近年来也发展迅速。 液膜分乳状液膜和带支撑的液膜两类，它们主要用于废水处理和某些气体分离等。 气膜分离现在尚处于实验研究阶段。 复合膜 转相膜 转相膜 复合膜 不荷电膜 荷电膜 不对称膜 对称膜 对称膜 不对称膜 无孔膜-不对称膜 多孔膜 生物膜（原生质、细胞膜） 无机膜-多孔膜 固 膜 有机膜 带支撑层的液膜 乳状液膜 液 膜 合成膜 膜 图5-1 膜的分类 气 膜 5.2 无机膜材料 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。 建立于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如下一些优点： ① 化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂； ② 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； ③ 抗微生物能力强，不与微生物发生作用，可以在生物工程及医学科学领域中应用； ④ 耐高温，一般均可以在400℃下操作，最高可达800℃以上； ⑤ 孔径分布窄，分离效率高。 5.2.1 无机膜分类 目前研制出的无机膜可分为致密膜、多孔膜及复合非对称修正膜三种。 1．致密膜 a．Pd膜及Pd合金膜 Pd膜最大特点是在常温下能溶解大量的氢，按体积计算约相当于自身体积的700倍；而在真空中加热至100℃时，它又能把溶解的氢释放出来。如果在Pd膜两侧存在氢的分压差，则氢就从压力较高的一侧向较低的一侧渗透。 b．Ag膜 氧在Ag膜表面不同部位发生解离吸附，溶解的氧以原子形式扩散通过Ag膜。 金属膜与合金膜主要利用其对氢或氧的溶解机理而透氢或透氧，用于加氢或脱氢膜反应、超纯氢的制备及氧化反应。 2．多孔膜 据IUPAC制定的标准，多孔无机膜按孔径范围可分为3大类： 孔径大于50 nm的为粗孔膜， 孔径介于2～50 nm的称为过渡孔膜， 孔径小于2 nm的称为微孔膜。 目前，已经工业化的无机膜均为粗孔膜和过渡孔膜，处于微滤膜和超滤膜之内；而微孔膜尚在实验室研究阶段。 (1)多孔金属膜 由多孔金属材料制成的多孔金属膜，包括Ag膜、Ti膜及不锈钢膜等，目前已有商品出售。其孔径范围一般为200~500 nm，厚度为