无机膜有机膜一些性能比较.ppt

无机膜与有机膜 杨彬彬 、膜的发展史 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胱里充满酒精,然后 浸入水中,膀胱就逐渐胀大,甚至破裂。相反, 膀胱中充满水,再把它浸入酒精中,则情况相反 膀胱中的水会向外渗透,膀胱收缩。还发现,凡 是和膀胱同类性质的薄膜,都具有这种渗透功能。 又经过100多年,于1886年范特荷甫从现象提高到 理论,归纳了范特荷甫渗透定律(对稀溶液来说, 渗透压与溶液的浓度和温度成正比,它的比例常 数就是气体状态方程式中的常数R)。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。 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。 表1膜分离技术的发展历史与应用概况 技术名称藻举根特征截留物质应用范围 微滤(MF)德国1918保 实验室规模 超滤(UF)德国1930祝物蚕台质实验室规模 分高(Ms)前苏联1945裂变原料U2分高(工业规模 人工肾 渗析(D)荷兰1950血液渗研中005μm(实验室规模) 电渗析(ED)美国1955 透过组分中 脱 大离子和水 (⊥业 反渗透(RO)美国1960 0.1~In 分子无机盐 牛点,舞国1972麝蹩分雩染物〈銮簸, 膜气体美国1979 (GS) 较大的杂质 (工业规模) λ滤、欧美1980物雭酚鮮贈吨、水王襄 关国190催化降解水中有机物实验室研究 膜蒸馏(MD)德国1981非挥发的小分子物质水浮污 经过50多年的发展,我国膜产业已经步入 快速成长期。超滤、微滤、反渗透等膜技 术在能源电力、有色冶金、海水淡化、给 水处理、污水回用及医药食品等领域的工 程应用规模迅速扩大,多个具有标志性意 义的大型膜法给水工程、污水回用工程及 海水淡化工程已经相继建成。我国膜产业 总产值已经从1994年2亿元上升到2011年近 400亿元。 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。 二、无机膜与有机膜的一些性能比较 1、材质特点 根据相似相容原理,一般的有机膜材料与大多数 有机溶剂有机污染物等均具有非极性或弱极性特 点,这就造成未经改性处理的有机膜易受到有机 料液和化学试剂吸附侵蚀甚至溶解,影响到膜抗 污能力分离效果和适用范围,降低使用寿命。虽 然随着有机膜制备技术的不断改进,多种工程高 分子膜表现出非疏水性或亲水性,对反应体系污 染程度和pH值等具有较宽的适应范围。但是,仍 无法比拟无机膜 ·与有机膜相比,无机膜的材质特点及优良性能主 要体现在 ·(1)优良的化学稳定性;(2)温度适用范围广; (3)耐污染能力强,由于无机材料具有较强极性, 使油类蛋白等非极性污染物对膜表面与膜孔内部 的粘附功较小;(4)机械强度高,更适用于高黏 度高固含量含硬性颗粒的复杂流体物料的分离, 对物料的预处理要求相对较低;(5)分离效率高 孔径分布窄和非对称膜结构可显著提髙对特征污 染物或特定分子量范围溶质的去除率;(6)易于 实现膜再生,无机膜元件使用寿命长达有机高分 子膜的35倍以上 2、应用领域 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 正向清洗和反向脉冲在线清洗,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