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有机膜和无机膜的比较

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-10 0:08:51 * 浏览: 0
膜是在表面具有某些物理或化学性质的屏障。根据成膜材料的不同,膜可分为有机膜和无机膜。其中,有机膜也称为聚合物分离膜。它是由聚合物或聚合物复合材料制成的膜,具有分离流体混合物的功能。它通常包括成膜材料,例如乙酸纤维素,芳族聚酰胺,聚醚砜和含氟聚合物。无机膜是指由无机材料如金属,金属氧化物,陶瓷,沸石和多孔玻璃制成的半渗透膜作为分离介质。常见的材料有Al2O3,ZrO2,TiO2,SiO2,SiC等。作者回顾了这两种膜技术的综合性能,分析了它们在各自应用领域中的技术优缺点,为工业化提供了一定的理论参考。膜技术的应用。 1技术背景和起源20世纪上半叶,聚合物膜和电渗析膜的开发和应用占很大比例,而无机膜主要用于早期核工业中的铀富集过程,但并未被广泛使用。直到1980年代才广泛使用。应用。膜分离技术的发展历史和应用概述如表1所示。2膜的分类和制备2.1膜的分类有机膜的成膜材料主要是聚合物或聚合物复合材料。从微滤和超滤膜的最初开发开始,它们的类型几乎包括反渗透,纳滤,所有膜技术过程,例如电渗析和全蒸发。从不同的角度来看,有许多方法可以对无机膜进行分类。根据表面层的结构,可分为致密膜,多孔膜和复合不对称校正膜,根据制膜材料的不同,可分为陶瓷膜,金属膜,合金膜,碳化硅膜,分子筛复合膜,沸石膜和玻璃。膜等,根据膜组件的空间结构,可分为扁平,管形,多通道等。其中,多通道无机膜元件适用于大规模工业应用。 2.2制备方法有机膜的常见制备方法包括相转化法(包括滴流法和纺丝法)和复合膜法。制备无机膜的方法有很多,包括固体颗粒烧结法,溶胶-凝胶法,化学气相沉积法,热分解法和阳极氧化法。 3膜分离工艺综合性能的比较3.1材料特性根据相似的相容性原理,未改性的有机膜容易受到有机材料液体和化学试剂的吸附,腐蚀甚至溶解,从而影响膜的防污能力,分离效果,范围和使用寿命。随着制备技术的改进,大多数有机薄膜都显示出优异的材料特性。例如,三乙酸纤维素膜是高度疏水的,pH耐受范围为4-8,温度极限为180°C,可以承受大多数醇和油。再生纤维素膜的pH耐受范围为1-13,温度极限为180℃,耐大多数有机溶剂,特别适合颗粒过滤,聚四氟乙烯膜是疏水性的,pH耐受范围为1〜14,温度极限为230 ℃,耐所有有机溶剂,可用于空气,气体和疏水性化学品的过滤。与有机膜相比,无机膜的材料特性和优异的性能为:化学稳定性好,温度应用范围广,抗污染性强,机械强度高,更适合于高粘度,高固含量,硬颗粒的分离。流体物料需要较少的物料预处理,较高的分离效率可以显着提高特征污染物或特定分子的去除率质量溶质,易于再生,使用寿命是有机膜的3至5倍以上。无机材料具有高的脆性和低的弹性,这给成膜过程和组成设备带来了一定的困难。为了弥补这一弱点并提高薄膜的机械性能,大量的研究已经开始涉及新薄膜的制备和应用,例如薄膜材料改性,有机-无机杂化薄膜/复合薄膜和无机薄膜。有机膜的改性。 3.2应用领域膜分离技术广泛应用于石油化工,生物医学,食品加工和环境工程领域。然而,由于膜特性的差异,有机膜的应用范围通常仅限于相对简单的反应,例如低浓度或微污染。系统。当原料系统具有强酸,强碱,强腐蚀性,高温和有机溶剂高浓度的污染特征时,有机膜容易堵塞并且难以回收。它与高腐蚀性材料起反应,大大降低了使用寿命。二次污染问题。无机膜具有高的膜渗透通量和分离效率。受到污染后,可以使用各种化学清洁剂进行清洁,以进行正向清洁和反向脉冲在线清洁,或者进行高温消毒。同时,它们可以回收酸和碱,高腐蚀性材料,表面活性剂,重金属离子和热能,可以显着减少资源和能源消耗。 3.3工艺性能参数3.3.1经济技术分析实际项目运行结果表明,当系统渗透水的水质达到相关排放标准时,使用国产陶瓷膜可节省设备成本2750万元和253万元/。与进口有机膜相比的运营成本好处更加明显。从投资成本的角度来看,具有相同加工规模的家用无机膜要比家用有机膜贵。然而,考虑到无机膜在苛刻的加工条件下的广泛适用性和更长的使用寿命,家用无机膜和家用有机膜的投资成本差别不大。至于膜系统的运行成本,由于错流过滤操作比盲端过滤每单位滤液消耗更多的能量,因此较高的膜表面流速会在一定程度上降低膜污染的程度,并且无机膜通常具有较高的过滤操作压力。而且反洗压力大,因此无机膜系统的单位加工成本一般不低于或略高于有机膜系统。 3.3.2膜的保存保存条件是影响膜元件使用寿命的重要因素之一。无机膜和有机膜的维护方法差异很大。武汉无机陶瓷膜管应干燥存放,并置于阴凉,干燥和通风的环境中。在储存和运输过程中避免碰撞。有机膜可以通过湿法和干法储存。主要目的是防止膜水解,微生物生长以及膜收缩和变形。相对而言,无机膜的存储方法相对简单,而有机膜对存储温度,相对湿度,pH值以及将湿膜转化为干存储的要求更高。 3.3.3膜污染的控制方法(1)原料液的预处理。无机膜对原料液进行预处理的目的是去除大尺寸的悬浮物和硬颗粒,使小的悬浮物和可溶性污染物形成脆性和非粘性的絮凝物,这是有机膜的特点,可以防止污染是指防止膜的生物降解,防止进料液的温度和pH值超出适当范围等。 (2)膜表面的改性和改性。无机膜由TiO2,ZrO2和其他成膜改性材料制成具有催化活性和亲水性以提高膜分离性能。另外,可以通过与其他官能团和聚合物反应来修饰表面上的官能团,这与无机膜的改性不同。原因是高能射线辐射接枝可导致有机膜分子发生氧化,蚀刻,破裂,交联等,并在不改变拦截率的情况下提高膜的透水性和耐污染性。 (3)膜组件和流道的设计与优化。改变进料液体的流动状态可以形成良好的操作条件,提高膜分离效率,并减少膜工艺污染。通常使用自然对流,湍流,脉冲流和螺旋流等流动状态。某些有机膜,例如板膜和中空纤维膜,在设计动态膜结构,改变流道形状和添加湍流组件方面存在困难,而管状陶瓷膜非常适合组件和流道的最佳设计。 3.3.4膜的再生和清洁膜的再生和清洁方法基本上分为物理清洁和化学清洁。前者包括正向和反向双向清洗,气液混合清洗,脉冲清洗,静置浸泡和机械刮擦。后者涉及强酸,强碱,有机酸,表面活性剂,强氧化剂,络合剂和酶清洁剂。常见的清洗方法是物理和化学清洗相结合,再加上与气体混合的反向脉冲清洗。在强力化学清洁下,无机膜通常可以达到70%至90%的再生效率,而有机膜需要根据膜材料的耐受性选择合适的强度清洁剂和清洁方法。就操作条件而言,两种类型的膜是不同的,因此对膜清洁效果的影响程度不同。无机膜的高机械强度使得可以使用更高的跨膜压差(TMP)进行膜清洁。一些研究表明,在一定范围内TMP的增加会增加膜通量,但过高的TMP会引起膜。被污染的层被压缩致密,进而导致渗透通量减少。有机膜清洗应在较低的工作压力(约0.1 MPa)下进行,以免损坏膜结构,例如膜丝断裂。作为清洗无机膜的独特方法之一,热清洗(130°C)甚至高温燃烧(承受250°C)可以彻底消毒并去除附着在膜表面的生物质污染物,但膜组件的密封材料应考虑耐热性和热变形。 3.3.5其他性能的比较两种类型的薄膜在包装密度和废薄膜利用率方面各有特点。在堆积密度方面,有机膜具有明显的优势,尤其是普通的平面膜,辊式膜,中空纤维膜等,堆积密度为500〜30000m2 / m3,甚至具有堆积密度的多通道陶瓷膜,可以仅达到300〜540m2 / m3。国内