第19章 无机制备化学.pptVIP

第19章 无机膜制备化学 引言 美国官方文件曾说：“18世纪电器改变了整个工业过程，而20世纪的膜技术将改变整个面貌，目前没有一项技术能像膜一样广泛地应用”。 日本把膜技术作为21世纪基础技术进行研究与开发，早在1987年东京国际膜会议上，明确指出：“21世纪的多数工业中，膜分离技术扮演着战略角色”。 国际上有一种流行的说法，即“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。 还有更多的专家把膜技术的发展称为“第三次工业革命”。 以上这些观点足以说明膜技术在未来具有举足轻重的作用。 第1节 概论 内容简介 1.无机膜及其发展概况 2.无机膜的技术应用 3.无机膜制备技术 19.9.1 无机膜及其发展概况 膜的定义 膜﹙membranes﹚更为确切些称为隔膜，它是把两个物相空间隔开而又使之互相关联、发生质量和能量传输过程的一个中间介入相。 膜分离的原理 膜两边的物质粒子由于尺寸大小的差异、扩散系数的差异或溶解度的差异等等，在一定的压力差、浓度差、电位差或电化学位差的驱动下发生传质过程，由于传质速率的不同因而造成选择性透过，导致混合物的分离。 膜分离的优点 与传统分离方法如蒸发、分馏相比，其突出优点是效率高、能耗低、操作条件温和简易。 膜的应用 主要通过微滤、超滤、电渗析、反渗透技术广泛的用于食品饮料、医药卫生、生物技术、化工冶金、环境工程等领域，并发挥着越来越重要的作用。 膜的发展历史 开发较早并广泛应用的是各种有机高分子膜材料，但其缺点是因受酸碱腐蚀、细菌侵蚀、强度低、易泡涨，出现折皱等，因此无法满足膜分离过程的需要。 后来又发展了无机膜，特别是陶瓷膜和陶瓷基复合膜，其弥补了有机高分子膜的缺点，因此现在广泛的应用于食品、饮料、医药卫生、石油化工、生物工程、环境工程以及新型能源反面。 19.1.2 无机膜的应用技术 无机膜在许多领域中具有显著优势，给若干重大工程问题提供了有希望的技术路线。在任何化工和冶金反应过程中往往会涉及高温和其它恶劣环境，而这些步骤总是耗用很大比例数的设备投资和高额的操作费用。但是采用无机膜分离过程在大大减少上述两个方面的资金消耗上具有潜力和希望。 许多工业过程可以用无机膜来简化操作，减轻劳动强度，节约能源。 1.食品、饮料和生物技术领域 在食品、饮料方面的应用：据报道，无机膜在食品、奶品业中拥有大约10%的市场。亚微米孔径的无机膜和适于果汁的澄清、过滤，并在蛋清、蛋类蛋白质及豆奶的浓缩工艺中已实现了工业化。此外，在发酵过的含酒精饮料生产过程的许多阶段都可以用到无机膜。 无机膜在生物技术方面的应用：包括细胞与发酵培养基分离及回收有价值的发酵产物﹙如蛋白质和抗生素﹚。同样也可用作生物反应器一承载酶和微生物，也可以使反应和分离同时进行。 图19.1 陶瓷微滤结构示意图 2. 无机膜在石油、化工、冶金领域中有着巨大应用前景 在石油、化工、冶金过程中涉及众多分离操作，而这些分离步骤往往大量耗资又繁琐。 无机膜的出现可以很好的解决这一问题。特别是高温陶瓷材料反应器可以加速反应，提高平衡转换率，实现产物分离，限制副作用发生，缓和操作条件，对于石油化工中的脱氧、加氢等反应工程具有巨大的吸引力。 3.无机膜技术在环境治理方面颇有影响潜力 无机膜由于其优异的特性，尤其是不怕恶劣环境，可以长期保持高效的分离性能，使得它为解决若干重大环境治理问题提供了最令人振奋的希望。 无机膜可用于废水处理； 无机膜可用于处理含油脂的废水； 无机膜可用于燃煤过程烟气的除尘。 4.高温陶瓷膜燃料电池 燃料电池是把燃料与氧气反应释放的化学能，温和地转化为电能的装置，是一类高效能、安全、洁净的化学电源。 无论什么样的燃料电池，都需要采用电解质隔膜的膜反应器。例如，氧离子导体（如Y稳定的氧化锆，YSZ）作为固体电解质膜，以La(Sr)MnO3多孔膜作为阴极，以Ni-YSZ金属陶瓷膜为阳极，以LaCr(Mg)O3陶瓷膜为连接材料构成电池，该电池称为固体氧化物燃料电池。其在高温下可以实现H2或其它燃料与O2的化合反应，其发电效率超过60%，而且规模可大可小，使用方便，是国际公认的21世纪绿色能源。 19.1.3 无机膜制备技术 膜的传质分离性能取决于膜材料的物理、化学和结构参数，这可以通过适当的制备工艺及其参数调整，达到优化性能的目的。 目前的制备方法有：粉体干压成型烧结法、流延法、轧辊法、注浆成