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無機陶瓷膜發展過程

無機陶瓷膜發展過程


無機膜的發展始于本世紀四十年代,至今已經經歷了三個階段。第一階段始于二戰時期的Manhattan 原**計劃,采用多孔陶瓷材料分離UF6 同位素, 在Knudsen 擴散區,UF6 氣體通過孔徑在6~40nm 的多孔膜,235UF6 比238UF6 具有稍快的滲透速率,其分離系數在1.0043 左右。由于UF6 的腐蝕性,可供選擇的材料僅是一些金屬或陶瓷材料,在組件上則采用管式結構,多層膜涂在多孔管的內側。美國在五十年代建立了幾個巨大的氣體擴散分離UF6 同位素的工廠,歸能源部(DOE)領導,前蘇聯也建成了類似的工廠以滿足核工業的需要。

無機膜是固態膜的一種,它是由無機材料,如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、
沸石、無機高分子材料等制成的半透膜。
建立于無機材料科學基礎上的無機膜具有聚合物分離膜所無法比擬的一些優點:
(1) 化學穩定性好,能耐酸、耐堿、耐有機溶劑;
(2) 機械強度大,擔載無機膜可承受幾十個大氣壓的外壓,并可反向沖洗;
(3) 抗微生物能力強,不與微生物發生作用,可以在生物工程及醫學科學領域中應用;
(4) 耐高溫,一般均可以在400℃下操作,最高可達800℃以上;
(5) 孔徑分布窄,分離效率高。
     無機膜的不足之外在于造價校高,不耐強堿,并且無機材料脆性大,彈性小,給膜的成型加工及組件裝備帶來一定的困難。
     

      1973 年石油危機以后,世界各國加快了核能和平應用的步伐,采用陶瓷膜富集256UF6的工業化受到重視,歐洲國家(比利時,法國,意大利和西班牙)聯合在法國建立了大型氣體擴散分離工廠,可為90 座90 兆瓦的核反應堆提供濃縮鈾,膜面積達四百萬平方米,于八十年代初建成。
     隨著激光技術的出現,采用無機膜富集鈾已不再具備技術上的優勢,逐漸退出了這一領域的竟爭,失去核工業市場后的陶瓷膜生產廠家急于尋找新的市場,這時聚合物分離膜已經工業化,并且在許多領域中獲得了日益廣泛的應用,但使用中亦發現這種由高分子材料制成的分離膜具有熱穩定性、化學穩定性差、機械強度低、膜污染嚴重等缺陷,對于比較復雜的體系難以獲得滿意的結果,這就為無機分離膜的發展提供了極好的機會。無機分離膜進入工業領域是七十年代末,因此可以認為無機膜發展的第二階段是在八十年代,這期間主要是發展工業用的無機微濾膜和無機超濾膜。

無機陶瓷膜的應用

 無機膜的工業應用首先是在法國的奶業、葡萄酒業獲得成功,逐漸滲透到食品工業、環境工程、生物化工、高溫氣體除塵、電子行業氣體凈化等領域,其銷售額1986 年為2000萬美元,1991 年達6600 萬美元,1992 年超過1 億美元,預計到本世紀末,其市場銷售額將達4~5 億美元。由于無機膜的優異性能和無材料科學的發展,無機膜的應用領域日益擴大,將無機膜與催化反應過程相結合而構成膜催化反應過程被認為是催化學科的未來三大發展方向之一,將對傳統的化學工業、石油工業、生物化工等領域引起變革性的變化,因此世界各國都對無機膜的研究及應用技術開發予以很大的重視。進入九十年代以來,無機膜的發展進入第三階段,在無機超濾膜工業化的基礎上,新型膜材料、新的制膜手段日益得到發展。我國無機膜的研究始于八十年代末,通過國家自然科學基金以及各部委的支持,已經能在實驗室規模制備出無機微濾膜和超濾膜以及高通量的金屬鈀膜,反應用膜以及微孔膜也正在開發中。進入九十年代,國家科委對無機陶瓷膜的工業化技術組織了科技攻關,推進了陶瓷微濾膜的工業化進程。目前我國已初步實現了管式多通道陶瓷微濾膜的工業化生產,并在相關的工業過程中獲得成功的應用。但就目前狀況而言,在支撐體生產、工業膜設備及應用技術開發上與世界先進水平尚有較大的差距。

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