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目前國際上無機陶瓷分離膜的研究主要針對非對稱膜

更新時間:2021-10-23 02:18:37 瀏覽量:61

另外,傳統的制膜方法,都難以建立膜制備過程中控制參數與膜微結構的定量關系,實現膜制備過程的定量控制因此發展簡單易行的對陶瓷膜孔徑進行精密調節的方法,實現從已知孔徑大小的陶瓷膜出發,得到其他孔徑的陶瓷膜,擴展其應用范圍,具有非常重要的意義。發明內容為了克服現有技術的不足之處,而提出一種對陶瓷膜孔徑進行連續精密調節的方法而無需引入過渡層。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。

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。

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。

例如,若膜直徑為100μm,體積為0.3m3的組件內,可以容納5000m2的膜面積,相同體積的卷式膜僅能容納20m2,平板膜則僅5m2;即使陶瓷中空纖維膜直徑更大一些,如1.5~2.5mm,也能輕易地達到1500~1000m2/m3的膜裝填面積,遠高于單通道管式或多通道管式膜裝填密度(<500m2/m3)因而中空纖維陶瓷膜分離效率將比傳統構型陶瓷膜有顯著提高。2)膜管壁薄,流體滲透通量高。中空纖維膜管壁薄(100~500μm),因而可減小膜滲透阻力和縮短滲透路徑,提高流體滲透通量。此外,膜壁厚度遠小于傳統的管式和平板陶瓷膜(3~5mm),可大大節省微粉原料。3)應用靈活性好。中空纖維膜可根據實際應用需要采取內壓式或外壓式兩種不同過濾方式。2中空纖維陶瓷膜的制備方法2.1模板法模板法是以有機聚合物中空纖維(如聚丙烯和聚偏氟乙烯中空纖維等)或活化碳纖維為模板,先將經過預處理的模板浸入預先制備的穩定氧化物先驅體溶膠中,通過浸漬涂覆法,在纖維模板表面形成一層凝膠層,然后經干燥和高溫燒成獲得中空纖維陶瓷膜。采用有機模板法制備中空纖維陶瓷膜時,根據模板微觀結構的不同,可形成對稱或非對稱結構中空纖維陶瓷膜,如圖1(a)和(b)所示,為分別采用對稱結構的聚丙烯和非對稱結構的聚偏氟乙烯中空纖維為模板時制備的TiO2中空纖維膜微觀結構。可以預見,非對稱結構的形成將有助于降低膜的滲透阻力和提高膜滲透性。但模板法制備中空纖維陶瓷膜,需要預先采用金屬醇鹽制備穩定的聚合物溶膠,并往往需要經多次涂覆才能獲得合適厚度的凝膠層,工藝過程復雜,制備的膜易開裂和變形,不適合大規模生產,主要用于實驗室中空纖維膜制備。

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。

經過多年的發展,現已形成以固態粒子燒結技術、溶膠-凝膠技術等傳統陶瓷膜制備技術為基礎,造孔劑法、模板劑法、修飾技術等陶瓷膜制備新技術蓬勃發展的新態勢這些方法互相借鑒互相融合,對提高膜性能,降低膜的制造成本起到了促進作用,在很大程度上也進一步促進了對膜制備過程的定量控制,正因為如此,陶瓷膜制備技術已從經驗為主推進到定量控制的水平,推動了陶瓷膜產品的工業化發展。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。

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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