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无机陶瓷膜发展过程

无机陶瓷膜发展过程


无机膜的发展始于本世纪四十年代,至今已经经历了三个阶段。第一阶段始于二战时期的Manhattan 原**计划,采用多孔陶瓷材料分离UF6 同位素, 在Knudsen 扩散区,UF6 气体通过孔径在6~40nm 的多孔膜,235UF6 比238UF6 具有稍快的渗透速率,其分离系数在1.0043 左右。由于UF6 的腐蚀性,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。美国在五十年代建立了几个巨大的气体扩散分离UF6 同位素的工厂,归能源部(DOE)领导,前苏联也建成了类似的工厂以满足核工业的需要。

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。
     无机膜的不足之外在于造价校高,不耐强碱,并且无机材料脆性大,弹性小,给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难。
     

      1973 年石油危机以后,世界各国加快了核能和平应用的步伐,采用陶瓷膜富集256UF6的工业化受到重视,欧洲国家(比利时,法国,意大利和西班牙)联合在法国建立了大型气体扩散分离工厂,可为90 座90 兆瓦的核反应堆提供浓缩铀,膜面积达四百万平方米,于八十年代初建成。
     随着激光技术的出现,采用无机膜富集铀已不再具备技术上的优势,逐渐退出了这一领域的竟争,失去核工业市场后的陶瓷膜生产厂家急于寻找新的市场,这时聚合物分离膜已经工业化,并且在许多领域中获得了日益广泛的应用,但使用中亦发现这种由高分子材料制成的分离膜具有热稳定性、化学稳定性差、机械强度低、膜污染严重等缺陷,对于比较复杂的体系难以获得满意的结果,这就为无机分离膜的发展提供了极好的机会。无机分离膜进入工业领域是七十年代末,因此可以认为无机膜发展的第二阶段是在八十年代,这期间主要是发展工业用的无机微滤膜和无机超滤膜。

无机陶瓷膜的应用

 无机膜的工业应用首先是在法国的奶业、葡萄酒业获得成功,逐渐渗透到食品工业、环境工程、生物化工、高温气体除尘、电子行业气体净化等领域,其销售额1986 年为2000万美元,1991 年达6600 万美元,1992 年超过1 亿美元,预计到本世纪末,其市场销售额将达4~5 亿美元。由于无机膜的优异性能和无材料科学的发展,无机膜的应用领域日益扩大,将无机膜与催化反应过程相结合而构成膜催化反应过程被认为是催化学科的未来三大发展方向之一,将对传统的化学工业、石油工业、生物化工等领域引起变革性的变化,因此世界各国都对无机膜的研究及应用技术开发予以很大的重视。进入九十年代以来,无机膜的发展进入第三阶段,在无机超滤膜工业化的基础上,新型膜材料、新的制膜手段日益得到发展。我国无机膜的研究始于八十年代末,通过国家自然科学基金以及各部委的支持,已经能在实验室规模制备出无机微滤膜和超滤膜以及高通量的金属钯膜,反应用膜以及微孔膜也正在开发中。进入九十年代,国家科委对无机陶瓷膜的工业化技术组织了科技攻关,推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。目前我国已初步实现了管式多通道陶瓷微滤膜的工业化生产,并在相关的工业过程中获得成功的应用。但就目前状况而言,在支撑体生产、工业膜设备及应用技术开发上与世界先进水平尚有较大的差距。

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