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支撐體層的厚度一般約為幾個毫米

更新時間:2021-10-22 02:20:44 瀏覽量:71

擠出成型法廣泛用于各種陶瓷材料的制造,技術成熟,適用于大規模工業化生產但制備的中空纖維陶瓷膜為對稱結構,管壁較厚,用作微濾膜或超濾膜時,滲透通量低。因此,擠壓成型法多用于中空纖維復合陶瓷膜支撐體制備。要獲得高滲透性的復合膜,還需采用合適的方法在中空纖維大孔陶瓷膜支撐體上制備功能膜層。因而,其制備方法與管式復合陶瓷膜類似,過程復雜,需經多次熱處理,周期長,成本高。2.4相轉化法所謂相轉化法制膜,就是制備一定組成的均相聚合物溶液,通過一定的物理方法使溶液中的溶劑與周圍環境中的非溶劑發生傳質交換,改變溶液的熱力學狀態,使其從均相的聚合物溶液發生相分離,最終轉變成一個三維大分子網絡式凝膠結構,該凝膠結構中聚合物是連續相,分散相為聚合物稀相洗脫后留下的孔狀結構。這種相轉化的工藝,既可用于非對稱結構的微濾膜、超濾膜及反滲透膜等的制備,也可適用于對稱結構或非對稱的微孔濾膜制備。相轉化法膜制備工藝始于上世紀六十年代Loeb和其合作者[17]的研究,他們首次采用相轉化法制備了非對稱結構的反滲透膜,從而使聚合物分離膜有了工業應用的價值。自此以后,相轉化法制膜被廣泛的研究,這種方法操作簡單,通過改變相轉化法中各種參數條件可以得到不同結構形貌的聚合物分離膜。這些膜已被廣泛應用于流體分離、反滲透、透析、超濾、納濾及氣體分離等多種膜分離應用領域里。將相轉化法應用于中空纖維陶瓷膜制備的報道最早見于20世紀90年代初,Lee和Kim在濕法紡絲的基礎上,采用相轉化法通過一次成型制備了非對稱結構的Al2O3中空纖維陶瓷膜。

近年來,在國家科技攻關政策的扶持下,尤其是在國家環保、節能政策的引導下,國內多孔陶瓷材料及膜材料技術有了較快的發展,產業化及市場化規模逐漸擴大如中材高新材料股份有限公司(山東工業陶瓷研究設計院)、江蘇省九吾高科技發展公司、合肥世杰膜工程有限責任公司等企業在陶瓷膜材料制備技術方面逐漸形成了自己的技術優勢,在一定程度上達到國外先進水平。目前國際上無機陶瓷分離膜的研究主要針對非對稱膜,其研究內容主要集中在以下幾個方面:膜及膜反應器制備工藝的研究、膜過濾與分離機理的研究、多孔質微孔結構的表面改性、無機膜顯微結構及性能的測試與表征。其中膜工藝的研究相對較多,且多為MF膜與UF膜,RO膜則較少,制備完好致密無缺陷的RO膜或對RO膜結構性能的測試與表征都是當前的研究熱點和難點課題。陶瓷濾芯陶瓷膜陶瓷膜過濾器。

膜分離技術是近30年來發展起來的一項高新技術,它是材料科學與介質分離技術的交叉結合,以分離效率高、操作方便、設備緊湊、無相變和節能等優點廣泛應用于各個領域按照膜材料不同,膜可分為有機高分子膜和無機膜兩大類。其中無機膜中以陶瓷膜為主導,具有有機膜無法比擬的優點,在水處理中已部分取代了有機膜的位置。無機膜技術的發展很快,尤其是自20世紀90年代后,無機膜技術的發展更為迅速,年增長率達到30%~35%,其中陶瓷膜占80%左右。結構及過濾原理陶瓷膜也稱CT膜,是固態膜的一種,是以多孔陶瓷為載體支持體、以微孔陶瓷膜為過濾層的陶瓷質過濾分離材料,主要材質是Al2O3、ZrO2、TiO2和SiO2等無機材料,呈管狀及多通道狀,管壁密布微孔,其孔徑為0.004~15μm。陶瓷膜按用途可分為微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(NF)膜、反滲透(RO)膜等;按結構可分為對稱陶瓷膜和不對稱陶瓷膜,其中不對稱陶瓷膜至少由兩層構成,在某些情況下可由三層以上構成如圖1所示。這類不對稱結構的目的是要構成一種無缺陷的分離層,同時又減少膜的液壓阻力,并保障膜的機械強度。支撐體層的厚度一般約為幾個毫米,孔徑范圍大約在1~10μm;中間過渡層的厚度一般為10~100μm,孔徑范圍常在50~100nm;過濾層(陶瓷分離膜)是很薄的,厚度約為1~10μm,孔徑常在100nm以下。陶瓷膜亦可為多層,層數越多,微孔梯度變化愈平緩,其抗熱震性越好,而抗熱性方面優于其他膜。降低過濾層(膜)的厚度,其過濾分離效果可優于高分子膜。陶瓷膜分離技術主要是依據“篩分理論”,根據在一定的膜孔徑范圍內滲透的物質分子直徑不同則滲透率不同,原料液在膜管內或膜外側流動,小分子物質或液體透過膜,大分子物質或固體被膜截留,使流體達到分離、濃縮、純化和環保等目的。

未來陶瓷膜領域的發展趨勢將集中在以下5個方面:(1)進一步提高陶瓷膜材料的分離精度及其分離穩定性,使其在液體分離領域實現納濾級別的連續高效運行,在氣體分離領域實現多組分氣體的高效分離;(2)研制具有大孔徑及高孔隙率的耐高溫陶瓷分離膜材料,使其在資源的高效利用及環境保護等領域實現高溫氣固分離過程的長期穩定運行;(3)實現陶瓷膜表面性質的調控,通過改變其表面親疏水性及荷電性、生物兼容性等以拓展陶瓷膜的應用領域;(4)實現陶瓷膜的低成本化生產,結合構建面向應用過程的膜材料設計與制備方法,解決陶瓷膜推廣應用的瓶頸問題;(5)研制耐強酸強堿等苛刻體系的膜材料,提高膜材料分離性能的穩定性,拓展其在過程工業的應用范圍,多孔陶瓷膜制備技術研究必將進一步引領和推動陶瓷膜技術及產業的發展,進而實現制備技術從理論到應用的轉化,早日攻克困擾陶瓷膜技術發展的熱點及瓶頸性難點,將緩解過程工業面臨的資源,能源與環境的瓶頸壓力陶瓷濾芯陶瓷膜陶瓷膜過濾器。

技術方案是:一種對陶瓷膜孔徑進行連續精密調節的方法,其具體步驟如下:a將陶瓷分離膜置于原子層沉積儀器反應腔中,抽真空并加熱反應室溫度到250~450°C,使樣品在設定溫度下保持5~30m1n,反應腔內的氣壓為0.01~1Otorr;b首先關閉出氣閥,脈沖金屬源前驅體,時間為0.01~ls,接著保持一段時間0~60s;然后打開出氣閥,脈沖清掃氣,清掃3~15s;再關閉出氣閥,脈沖氧化前驅體0.01~1s,保持一段時間0~60s;最后再打開出氣閥,脈沖清掃氣,清掃3~15s;兩種前驅體的溫度恒定在20~50°C之間;根據具體的需要,重復步驟b,精密調節孔道的大小優選步驟b中所述的金屬源前驅體為三甲基鋁或異丙醇鈦或四氯化鈦;所述的氧化前驅體為去離子水。優選步驟b中所述的清掃氣為氮氣或氬氣。優選步驟c中所述的重復步驟b的次數為10~2000次;更優選100~2000次。有益效果:利用原子層沉積技術,在陶瓷膜表層孔道內連續沉積均勻致密氧化物薄膜,對陶瓷分離膜的孔徑進行精密調節,實現了孔徑由微米級到納米級的連續調節。通過改變ALD沉積的循環次數,在陶瓷基膜上沉積不同厚度的氧化鋁層。掃描電子顯微鏡觀測證實了隨著沉積次數的增加,膜孔徑逐步減小直至完全封閉,并形成具有梯度孔結構的超薄分離層;測試了不同沉積次數膜管的純水通量以及對牛血清蛋白(BSA)的截留率,結果顯示隨著沉積次數的增加,膜的純水通量逐漸變小而對BSA的截留率逐漸增加,而截留率上升的幅度明顯高于通量下降的幅度。如經600次ALD循環沉積氧化鋁,膜通量由沉積前的1700L·(m2·h·bar)下降至1lOL·(m2·h·bar)—1,而對BSA的截留率則由沉積前的3%提高至98%,實現了基膜從微濾膜到超濾膜、納濾膜以至致密膜的轉變。(1)孔徑調節的精度高。每一次ALD循環,產生的沉積層的厚度在0.1納米以下,也即膜孔可在優于0.1納米的精度上減小;(2)孔徑調節過程均勻連續。ALD在陶瓷膜上產生的沉積層厚度可通過改變循環次數來均勻連續的控制,得到孔徑介于基膜和致密膜之間的任意孔徑;(3)操作簡單方便。

小編給您歸納了未來陶瓷膜領域的發展趨勢將集中在以下幾個方面:進一步提高陶瓷膜材料的分離精度及其分離穩定性,使其在液體分離領域實現納濾級別的連續高效運行,在氣體分離領域實現多組分氣體的高效分離;研制具有大孔徑及高孔隙率的耐高溫陶瓷分離膜材料,使其在資源的高效利用及環境保護等領域實現高溫氣固分離過程的長期穩定運行;實現陶瓷膜表面性質的調控,通過改變其表面親疏水性及荷電性、生物兼容性等以拓展陶瓷膜的應用領域;實現陶瓷膜的低成本化生產,結合構建面向應用過程的膜材料設計與制備方法,解決陶瓷膜推廣應用的瓶頸問題;研制耐強酸強堿等苛刻體系的膜材料,提高膜材料分離性能的穩定性,拓展其在過程工業的應用范圍。

未來陶瓷膜領域的發展趨勢將集中在以下5個方面:(1)進一步提高陶瓷膜材料的分離精度及其分離穩定性,使其在液體分離領域實現納濾級別的連續高效運行,在氣體分離領域實現多組分氣體的高效分離;(2)研制具有大孔徑及高孔隙率的耐高溫陶瓷分離膜材料,使其在資源的高效利用及環境保護等領域實現高溫氣固分離過程的長期穩定運行;(3)實現陶瓷膜表面性質的調控,通過改變其表面親疏水性及荷電性、生物兼容性等以拓展陶瓷膜的應用領域;(4)實現陶瓷膜的低成本化生產,結合構建面向應用過程的膜材料設計與制備方法,解決陶瓷膜推廣應用的瓶頸問題;(5)研制耐強酸強堿等苛刻體系的膜材料,提高膜材料分離性能的穩定性,拓展其在過程工業的應用范圍多孔陶瓷膜制備技術研究必將進一步引領和推動陶瓷膜技術及產業的發展,進而實現制備技術從理論到應用的轉化。早日攻克困擾陶瓷膜技術發展的熱點及瓶頸性難點,將緩解過程工業面臨的資源、能源與環境的瓶頸壓力。陶瓷濾芯陶瓷膜陶瓷膜過濾器。

海加爾(廈門)科技有限公司

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海加爾(廈門)科技有限公司是專注于陶瓷膜研發、制造及其分離技術的開發應用的技術型企業。創始團隊十二年專注于高性能,長壽命陶瓷膜的研發、生產及應用,擁有大通量平板陶瓷膜、10nm工業分離陶瓷膜、單晶藍寶石耐磨陶瓷膜的專利技術及成套設備制造技術。 2007-2009:創始團隊引進德國陶瓷膜技術并工業化,獲得09年廈門市科技進步獎; 2010-2012:在德國技術基礎上不斷深入開發,將陶瓷膜成功應用于蘇氨酸、硫酸粘桿菌、谷氨酰胺等氨基酸和抗生素發酵液領域。 2013-2015:自主創新開發第二代高性能陶瓷膜,包括無限耐腐蝕陶瓷膜,單晶藍寶石陶瓷膜、20nm陶瓷陶瓷超濾膜技術,再次獲得廈門市科技進步獎。 2017-2018:創始團隊成立海加爾(廈門)科技有限公司,年產陶瓷膜15000m2,自主研發10nm單晶鋯寶石膜并實現工業化應用。 2019:開發高精度平板陶瓷膜技術,用于大規模污水處理提標。
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