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陶瓷膜分离实验设备-陶瓷膜分离技术原理

浏览 463次发布时间:2024-05-22 

本文目录一览表:

  • 一、纳滤陶瓷膜设备对比普通纳滤膜有什么优势?
  • 二、陶瓷膜过滤设备面积是怎么计算出来的?
  • 三、陶瓷膜过滤器操作压力一般多少高了或者低了又有什么影响陶瓷膜应用广么
  • 四、膜分离设备的前景如何?
    • 一、纳滤陶瓷膜设备对比普通纳滤膜有什么优势?

      纳滤膜可以过滤水中二价以上金属离子(一般水中一价离子含量极少,且都是对人体有益的矿物质),而纳滤膜的运行压力要远远低于反渗透,同时出水量要远远高于反渗透,完全可以去除水中易结垢的钙镁离子,使用纳滤膜足以满足饮用水的需求。

      二、陶瓷膜过滤设备面积是怎么计算出来的?

      陶瓷膜过滤设备面积是根据具体的物料体系、物料理化参数、以及想要分离或者浓缩的预期目标、通过实验数据并结合水通量理论数据,综合计算出来的。光是物料就千差万别,所以当然没有统一的计算公式,原理是膜通量大小跟膜孔径、物料温度、粘度、密度、固含量等都有关系。比如测试某粉体-聚合乳化液,粘度3.4mPa s@26℃,采用50nm陶瓷膜,实验温度范围20-60℃,试验压力范围0.1-0.3MPa,综合比对发现,在50℃,0.2Mpa时膜通量最大达到30L/m2 h;同是采用50nm陶瓷膜,在测试氧化铝中水回用实验中,在40℃、0.2MPa的工况下,膜通量最佳为70L/m2 h,综上所述,膜面积的需要通过物料实验获得准确数据。 望采纳

      膜分离设备的前景如何?

      三、陶瓷膜过滤器操作压力一般多少高了或者低了又有什么影响陶瓷膜应用广么

      多孔陶瓷膜的构型主要有平板、管式和多通道3种,其中平板膜主要用于小规模的工业生产和实验室研究。管式膜组合起来形成类似于列管换热器的形式,可增大膜装填而积,但由于其强度问题,已逐步退出工业应用。规模应用的陶瓷膜,通常采用多通道构型,即在一圆截面上分布着多个通道,一般通道数为7、19、37等。无机陶瓷膜的主要制备技术有:采用固态粒子烧结法制备载体及微滤膜、采用溶胶凝胶法制备超滤及纳滤膜、采用分相法制备玻璃膜、采用专门技术(如化学气相沉积、无电镀等)制备微孔膜或致密膜等,其基本理论涉及材料学科的胶体与表面化学、材料化学、固态离子学、材料加工等。多孔陶瓷膜由于具有优异的耐高温、耐溶剂、耐酸碱性能和机械强度高、容易再生等优点,在食品、生物、化工、能源和环保领域应用广泛。某课题组主要对以氧化铝和特种烧结促进剂为起始原料,在1400℃的烧成温度下制备出的支撑体进行了系统和深入的研究,得到渗透性能、机械性能及耐腐性能统一的支撑体。他们还以原料性质预测支撑体的孔结构为目标,以支撑体的制备过程和微观结构为基础,建立了原料性质与支撑体孔隙率、孔径分布之间的计算方法,为特定孔结构支撑体的定量制备提供了理论依据。在食品包装领域,引人注目的是具有高功能性和良好环保适应性的透明镀陶瓷膜。这种膜尽管价格较高,物理性能还有待进一步改进,但可预期在不远的将来它将在食品包装材料中占据重要的地位。陶瓷膜的加工镀膜方法与通常的镀金属方法相似,基本上按己知的加工法进行。镀陶瓷膜由PET(12μm)陶瓷(SiOx)组成。氧化硅能分成4类,即SiO、Si O 、Si O 、SiO 。然而,在自然界它们通常以SiO 形式存在,因此根据镀金属条件,它们的变化很大。对这种膜的主要要求是具有良好的透明度、极佳的阻隔性、优良的耐蒸煮性、较好的可透过微波性与良好的环境保护性以及良好的机械性能。镀陶瓷膜基本上可以用制作镀铝膜一样的条件制取,在制取过程中,仔细处理表面层,不使镀层受到损伤是极其重要的。由于这种膜是由氧化硅处理的,表面具有极好的润湿性,因此,它在油墨或粘合剂的选择范围上比较广,几乎与任何油墨或粘合剂都能亲和。聚氨酯类粘合剂是最可取的粘合剂,而油墨可以按用途任意选择,不用进行表面处理。然而,镀陶瓷膜像镀铝膜那样容易向聚乙烯复合,因为PET膜作为基材料,当其氧化硅表而直接熔融聚乙烯高温涂布或复合时,易趋向于伸长,从而破坏氧化硅表面层,导致阻隔性下降。同时,由于技术工艺上的问题,PET膜在镀陶瓷过程中有时会发生卷曲,从而影响膜的质量。当然,这类问题正得到解决。镀陶瓷膜首先用作细条实心面的调味品包装材料。其优良的包装性能引起了人们的注意。由于这种膜保味性极佳,因此,尤其适合于包装易升华产品,如茶(樟脑)之类的易挥发材质。由于其极好的阻隔性,除了作为高阻隔性包装材料和作食品包装材料用外、预计还可用在微波容器上作为盖材,在调味品、精密机械零配件、电子零件、药物和医药仪器等方而作为包装材料。随着加工技术的进一步发展,如果这种膜在成本上大幅下降,那么它将得到迅速推广和应用。陶瓷膜技术是膜技术中的翘楚,但20世纪80年代发达国家已在广泛应用时,中国在此领域却还是一片空白。十几年过去了,依靠自主创新,中国陶瓷膜技术从无到有,不仅打破了国外的封锁与垄断,还达到了国际领先水平。膜是一种高分子化学材料,它有无数个只能用微米甚至纳米计算的小孔,既有分离、浓缩、净化和脱盐功能,又有高效、节能、环保、分子级过滤等特征。膜技术发明之后便广泛运用于食品加工、水质净化、环境治理、制药工业、化工与石油化工等领域,用来实现产品的净化分离。陶瓷膜就是由经过高温烧结的陶瓷材料制成的分离膜。由于具有独特的耐性,其一进入市场便成为膜领域发展最为迅速、也最有发展前景的品种之一。到1989年底,南京工业大学徐南平院士才开始了在陶瓷膜领域的艰难探索。经过二十多年的不懈奋斗与努力,中国在陶瓷膜领域不仅打破了西方的封锁与垄断,而且依靠自主创新达到了国际先进水平。膜分离被认为是一种高效节能的新型分离技术,是解决人类面临的能源、资源、环境等重大问题的有效手段。有资料显示,21世纪初,全球膜及其装备的年销售量超过100亿美元,年增长率在30%左右。甚至有专家预言,21世纪膜技术以及膜技术与其他技术的集成技术将在很大程度上取代传统分离技术,达到节能降耗、提高产品质量的目的,极大地推动人类科学技术的进步,促进社会可持续发展。膜技术的应用将涉及化学工业、石油与石油化工、生物化工、食品、电子、医药等行业,以膜技术为核心开发的净化水和净水设备将深入到千家万户。早在20世纪40年代,美国科学家就掌握了陶瓷膜技术,但当时的陶瓷膜技术只用于高端领域,属于国家机密。1989年底,南京工业大学膜科学技术研究所年轻的教师徐南平博士瞄准国内这一空白领域,成为了中国陶瓷膜技术产业化的探索者。他从零开始,艰苦创业,开展了陶瓷膜工业生产、人才培养、行业标准制定和推广应用工作,经过十几年的努力,终于在中国形成了能够与国际先进技术相竞争的陶瓷膜应用技术。陶瓷膜新产业,将中国膜应用领域拓展至高温、高压和耐腐蚀环境,一举打破了西方的技术封锁,填补了中国在这一领域的空白。徐南平主持的南京工业大学膜科学技术研究所,成为国际无机膜学术界极为关注的高水平实验室之一。他们自主开发的陶瓷膜装备能够在化学反应存在的极端环境,实现无清洗状况下3个月以上的连续稳定运行,这被认为是中国陶瓷膜装备能够在连续化大工业中应用的保证。这些研究成果先后获得江苏省科技进步一等奖、全国化工行业技术发明一等奖,2005年国家技术发明二等奖。徐南平开发的陶瓷膜在化工、纳米材料、中药制备等领域的应用技术均为首创,拥有知识产权。其中,专用氧化锆陶瓷膜解决了陶瓷膜处理轧钢乳化油废水通量稳定性的关键问题,获得了中国膜工业科技进步一等奖。这项应用技术使新工艺的综合成本降至进口膜装置的1/3,并已在中国钢铁行业的十几家大型企业建立了近30个工程,产品销售额就过亿元。由于行业技术门槛较高,国内能够生产无机陶瓷膜及成套装备的企业数量很少,具备规模化生产能力且产品品质稳定的企业更是十分稀少,导致行业内产能和市场份额都集中在少数公司中。然而由于陶瓷膜作为一个新兴产品在我国的发展时间还比较短,所以下游应用的普及率还有待进一步提升。而且根据陶瓷膜的技术性能,还有很多领域等待开发,未来市场的潜在空间还很大。2001年10月底,由徐南平领导的南京工业大学膜科学技术研究所启动了“面向中药制备过程的陶瓷膜材料的设计与过程集成的研究”的“863”计划课题。该项目以中药生产过程为技术开发实施对象,用陶瓷膜过滤过程取代传统的醇沉工艺,建成每年5000吨中药提取液的陶瓷膜中药制备新工艺和配套工业装备,将陶瓷膜这一新材料用于中药制备的技术改造,推动行业科技进步和提高综合效益。和技术的突破同样令人振奋的是,南京工业大学开发的陶瓷膜技术正在大规模工业应用。陶瓷膜技术带动了一个产业,不仅产生了显著的社会效益和经济效益,还培养出了一批陶瓷膜研发、工程技术和管理人才,在中国形成了陶瓷膜的新产业。

      四、膜分离设备的前景如何?

      膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,实现选择性分离的技术,在饮用水净化、工业用水处理,食品、饮料用水净化、除菌,生物活性物质回收、精制等方面得到广泛应用,并迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。分离膜因其独特的结构和性能,在环境保护和水资源再生方面异军突起,在环境工程,特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。 膜在大自然中,特别是在生物体内是广泛存在的,首先出现的是超滤膜和微孔过滤,然后才出现反渗透。
      1748年Abble Nelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内,首次揭示了膜分离现象,但是直到本世纪60年代中期,膜分离技术才应用在工业上。
      1861年Schmidt首先提出超过滤的概念,他指出,当溶液用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐玢膜过滤时,如果对接触膜的溶液施加压力并使膜两侧产生压力差,那么它可以过滤分离溶液中如细菌、蛋白质、胶体那样的微小粒子,这种过滤精度要比通常的滤纸过滤高的多,因此称这种膜过滤法为超过滤。
      在截留分子量级重要概念提出后,关于截留各种不同分子量的超过滤膜,是Machaelis等用各种比例的酸性和碱性高分子电解质混合物,以水-丙酮-溴化钠为溶剂首先制成的。此后,一些国家又相继用各种高分子材料研制了具有不同用途的超过滤膜,并由美国Amicon公司首先进行了商品化生产。将各种形状的大面积的超过滤膜放在耐压装置中的膜组件中,随着反渗透组件的研制而发展起来的。
      几种主要膜技术发展近况大致如下:
      微滤在20世纪30年代硝酸纤维素微滤膜商品化,60年代主要开发新品种。虽然早在100多年前已在实验室制造微孔滤膜,但是直到1918年才由Zsigmondy提出商品微孔过滤膜的制造法,并报道了在分离和富集微生物、微粒方面的应用。1925年在德国建立世界上第一个微孔滤膜公司“Sartorius”,专门经销和生产微孔滤膜。第二次世界大战后,美国对微孔滤膜的制造技术和应用技术进行了广泛的研究研究微孔滤膜主要是发展新品种,扩大应用范围。使用温度在-100~260℃。
      超滤从20世纪70年代进入工业化应用后发展迅速,已成为应用领域最广的技术。日本开发出孔径为5~50nm的陶瓷超滤膜,截留分子量为2万,并开发成功直径为1~2mm,壁厚200~400um的陶瓷中空纤维超滤膜,特别适合于生物制品的分离提纯。
      离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水脱盐,引起氯碱工业的深刻变化。离子膜法比传统的隔膜法节约总能耗30%,节约投资20%。90年世界上已有34个国家近140套离子膜电解装置投产,到2000年全世界将1/3氯碱生产转向膜法。
      20世纪60年代Loeb与Sourirajan发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜,把反渗透首次用于海波及苦咸水淡化。70年代开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜,使RO膜性能进一步提高。90年代出现低压反渗透复合膜,为第三代RO膜,膜性能大幅度提高,为RO技术发展开辟了广阔的前景。超纯水制造、锅炉水软化,食品、医药的浓缩,城市污水处理,化工废液中有用物质回收。
      1979年Monsanto公司用于H2/N2分离的Prism系统的建立,将气体分离推向工业化应用。1985年Dow化学公司向市场提供以富N2为目的空气分离器“Generon”气体分离用于石油、化工、天然气生产等领域,大大提高了过程的经济效益。
      20世纪80年代后期进入工业应用的膜分离技术是用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水,由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的1/3~1/2,且不使用苯等挟带剂,在取代恒沸精馏及其它脱水技术上具有很大的经济优势。德国GFT公司是率先开发成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等国出售了100多套生产装置,其中最大的为年产4万吨无水乙醇的工业装置,建于法国。除此之外,用PV法进行水中少量有机物脱除及某些有机/有机混合物分离,例如水中微量含氯有机物分离,MTBE/甲醇分离,我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索,1967年开始的全国海水淡化会战,大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期,微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来,80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。 随着我国膜科学技术的发展,相应的学术、技术团体也相继成立。她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。半个世纪以来,膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变,成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来,差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。
      由于膜分离技术本身具有的优越性能,产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出:谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。
      80年代以来我国膜技术跨入应用阶段,同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期,膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。并且,在这一时期,国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。
      为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。

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