1.种类
根据膜的结构不同,无机膜可分为致密膜和多孔膜两大类。
(1)多孔膜。通常由三层组成,底层为多孔载体层,厚度1~2mm,孑L径10~15t}_m,起支撑膜的作用,又称支撑层;表层为活性层,厚度0.5~10tnn,孔径0.4nm~ 5fnn,起过滤作用;中间层夹在支撑层与活性膜之间,又称过渡层,可由孑L径渐小的多层组成,每层度不超过40y.m,孔径0.2~ Sy_m。
(2)致密膜。主要有:①金属及其合金膜,如金属钯膜、银膜、钯一银膜、钯一镍膜等;②金属氧化物膜,如氧化钇、氧化锆、钙钛矿膜。致密膜选择性高,但渗透性较差。提高渗透性的重点是设法降低膜的厚度,为了克服厚度减薄后强度不足的问题,可在薄膜下支撑多孔载体。致密膜在高温气体分离(如选择性分离02、H2)和膜反应等领域有着广泛的应用前景。
2.特点
与有机膜相比,无机膜具有如下特点:①化学稳定性好,耐有机溶剂;②机械强度高,在压力的长期作用下不易压缩;③抗微生物能力强,可在生物工程和医学科学中广泛应用;④耐高温,一般可在400 aC下运行,最高可达800℃;⑤孔径分布窄,分离效率高;⑥可反冲洗;⑦价格高;⑧脆性大,易破损;⑨弹性小,膜成型加工困难,缺陷难修复。
3.制备
多孑L膜一般先制作支撑体,再制作活性层。
(1)支撑体的制备。一般有两种方法:
1)挤压法。在水或塑化剂中加入粉料和添加剂,混合后,炼制成塑性泥浆,然后利用各种成型设备挤压成型。添加剂包括黏结剂(如纤维素衍生物)、塑化剂(如甘油)、润滑剂(如乙二醇)和分散剂(如PAA,脂肪酸)。它们的作用:黏结剂提高素坯的强度,塑化剂溶解黏结剂和润湿粒子表面,润滑剂提高泥浆的流动性能,分散剂防止离子团聚。
2)流延法。将粉料分散在液体(水或有机溶剂为溶剂)中,加入添加剂,搅拌均匀成浆料,经过加料嘴不断地流在转动的基带上,干燥成为几毫米厚的膜。
(2)活性层的制备。主要采用浸浆烧结法成膜。首先,用粉料、溶剂、分散剂、黏结剂和增塑剂配制悬浮液,然后,将支撑体浸入此悬浮液中片刻后提出,在毛细管力(吸浆)和黏性力(形成滞留层)作用下浆料在支撑体上形成涂层,干燥烧结后得到多孔膜。改变粉料粒子大小、烧结温度等条件,可以调节孔径和孔隙度。
(3)阳极氧化法。用该方法可以直接制成无机膜(包括支撑层)。例如,将高纯度金属铝箔置于强酸电解质溶液(如硫酸)中进行电解,阳极在氧化过程中形成多孔氧化层,该层经适当处理后即为多孔氧化物膜。目前,这一技术仅限于制造氧化铝膜,由于无支撑体,膜强度低。
(4)分相法。用于制备二氧化硅多孔膜。先将位于Na20 - B203 - Si02三元不混区内的硼硅酸玻璃在1500℃以下熔融,然后在500—800℃下进行热处理,使之成为不混溶的Na20- B2 03相和Si02相,再用5%HC1、H2 S04或HN03浸提,得到Si02多孔玻璃。原料中Na20-B2 03越多,膜孑L越大。
(5)有机聚合热分解法。将有机膜分解碳化,使其变成多孔无机膜。例如将聚丙烯腈( 水处理设备) |