应急饮用水处理

地震和灾难发生后的家用水处理

■什么是无机膜
■无机膜的主要类型有哪些
■无机膜的特点有哪些
■无机膜的主要制备方法
■无机膜的应用领域

什么是无机膜

    无机膜是相对有机膜而言的,以其材料为无机材料作为基础加工成膜而叫做无机膜。其发展时间比有机高聚物膜晚，但是后期发展非常迅猛，前景十分广阔。

    无机膜的研究和应用始于19世纪40年代。在第二次世界大战期间，欧美等国家为了获得核裂变所需要的原料铀235，需要从天然铀矿中以UF₆的形式提出。而天然铀元素由两种同位素铀238和铀235组成，前者占99.3％，是不可裂变的；后者可以裂变却不到0.7％，因为UF₆是可以气化的，利用气体扩散分离技术，借助于孔径为6～40nm的无机膜，可以把铀矿中的铀235富集到近3％。于是，无机膜技术在19世纪40年代在军事领域秘密发展起来。这是历史上首次采用无机膜实现工业规模的气体混合物分级分离的实例。由于军事保密的需要，在40年代至50年代期间，有关无机膜的研究和生产，各个国家都是秘密进行的。这就是无机膜发展的第一个阶段。

    20世纪70年代后，由于国际上出现两次能源危机，比利时、法国、意大利和西班牙等几个欧洲国家，共同决定在法国兴建用于发展核电站的气体扩散分离工厂，无机膜管受到新的重视。但是，各国很快就认识到，仅靠建立核动力装置发展无机膜管以及无机膜分离材料是难于持久的。不久就导致了无机膜仅仅依附于核能时代的终结。

    无机膜研究应用的第二个阶段，始于工业无机膜超滤和微滤技术的创立和发展，是20世纪80年代至90年代。这个发展过程中，由于无机膜商品的大量问世及应用，已在水质处理、乳制品、饮料等工业中部分取代了有机高聚物膜。

    20世纪80年代中期，无机膜的制备技术有了新的突破，当时Twente大学的Burggraf等人，采用溶胶-凝胶（Sol－Gel）技术研制出具有多层不对称结构的微孔陶瓷膜，孔直径可以达到3nm以下，这种膜已达到气体分离的等级，成为有机高聚物膜的有力竞争对手。溶胶-凝胶（Sol－Gel）技术的出现，将无机膜的研究，尤其是陶瓷膜的研制推向一个新的高潮。

    20世纪90年代，无机膜的研究与应用进入第三个阶段，即以气体分离应用为主和陶瓷膜分离器—反应器组合构件的研究阶段。

无机膜的主要类型有哪些？

    无机膜按其材质分主要有金属膜和陶瓷膜两大类；按膜结构分，主要可分为多孔膜、致密膜和分子筛膜；按膜分离机理又分为超滤膜，微滤膜等。下表列出了目前研制出的无机膜的种类及其代表。

无机膜的特点有哪些

无机膜的特点，与高聚物分离膜相比,无机膜有以下特点:

1、热稳定好,适用于高温、高压体系。试用温度一般都可以达到400摄氏度，有时可以高达800摄氏度。
2、化学稳定性好，能耐酸和弱碱，pH值试用范围宽。
3、抗微生物能力强，与一般微生物不发生生化及化学反应。
4、无机膜组件机械强度大。无机膜一般都是以载体膜的形式应用，而载体都是经过高压和焙烧制成的微孔陶瓷材料和多孔玻璃等，涂膜后再经过高温焙烧，使膜非常牢固，不易脱落和破裂。
5、清洁状态好。本身无毒，不会使被分离体系受到污染。容易再生和清洗。当膜污染被堵塞后、可以进行反吹及冲洗，也可以在高温下进行化学清洗。
6、无机膜的孔分布窄，分离性能好。其缺点是：没有弹性，比较脆；不易加工；可用于制造无机膜的材料比较稀少；成本比较昂贵；强碱条件下容易受到污染和侵蚀。

无机膜的主要制备方法

    无机膜的制备方法很多，应根据制膜材料、膜及载体的结构、膜孔径大小、孔隙率和膜厚度不同而选择。目前常用的、有工业应用前景的制备方法主要有：固态离子烧结法、溶胶－凝胶法、薄膜沉积法、阳极氧化法、相分离-沥滤法、热分解法、水热法等等。无机膜的制备当前仍受到广泛的关注，各种新的制备方法仍处于迅速的发展中。

1、固态粒子烧结法

    固态粒子烧结法是将无机粉料微小颗粒或超细颗粒（粒度0.1～10μm）与适当的介质混合分散形成稳定的悬浮液，成型后制成生坯，再经干燥，然后在高温（1000～1600oC）下进行烧结处理，这种方法不仅可以制备微孔陶瓷膜或陶瓷膜载体，也可用于制备微孔金属膜。

二、溶胶-凝胶法

    溶胶-凝胶法是合成无机膜的一种重要方法，目前国内外材料科学家之所以对此法产生浓厚兴趣，不仅是因为这种工艺可以制得孔径小（1.0～5.0nm）、孔径分布狭窄的陶瓷膜，而且许多单组分和多组分金属氧化物陶瓷膜都可用这种工艺制得。这种陶瓷膜作为控制层既可用于超滤和气体分离，经修饰后也可以作为催化膜用于膜反应器，充分显示出溶胶-凝胶法的广泛应用前景。

三、薄膜沉积法

    薄膜沉积法是指用溅射、离子镀及气相沉积等方法，将膜料沉积在载体上制造薄膜的方法。薄膜沉积过程大致分为两个步骤：一是膜材料（膜料）的气话，二是膜料的蒸汽依附于其他材料制成的载体上形成薄膜。例如，溅射镀膜是在低气压下，让离子在强电场的作用下轰击膜料，使表面原子相继逸出，沉积在载体上形成薄膜。

四、阳极氧化法

    阳极氧化法是目前制备多孔氧化铝膜的重要方法之一。该法的特点是，制得的膜的孔径是同向的，几乎相互平行并垂直于膜表面，这是其他方法难以达到的。
    阳极氧化过程的基本原理是：以高纯度的合金铝箔为阳极，并使一侧表面与酸性电解质溶液接触，通过电解作用在此表面上形成微孔氧化铝膜，然后用适当的方法除去未被氧化的铝载体和阻挡层，便得到孔径均匀、孔道与膜平面垂直的微孔氧化铝膜。

五、相分离-沥滤法

    相分离-沥滤法可以制备微孔玻璃膜、复合微孔玻璃膜和微孔金属膜。

六、热分解法

    热分解法是在惰性气体保护或真空条件下，高温热分解热固性聚合物，如纤维素、酚醛树脂、聚偏二氯乙烯等，可制成碳分子筛膜（MSCM）。碳分子筛膜由于其孔径大小与气体分子尺寸相近，气体因分子大小不同而被分离，因此有极高的选择性。

七、水热法

    分子筛膜作为复合膜的控制层来使用，由于其具有均匀的孔径，且孔径大小与分子尺寸相近，气体因分子大小不同而被分离，这种由分子筛分机制控制的选择性是微孔膜中最高的。
    分子筛膜的研究目前还处于试验阶段，其合成方法基本上分两类：（1）将事先合成好的分子筛埋在相对非渗透性的基质中成膜。（2）在多孔载体的孔口或次孔口原位水热合成分子筛膜。它是将载体预处理后，浸在由水玻璃、氢氧化钠和水配成的溶液中，经水热处理后在氧化铝陶瓷板表面析出分子筛。

无机膜的应用领域

    近几十年来，无机分离膜受到很大重视，发展很快。它已在分离气体（包括膜反应）、废水处理、啤酒生产、饮料处理除菌、病毒分离和血液处理、澄清等领域应用。销售量占整个膜市场的15％以上，而且比例还在不断加速增加。
    氧化铝膜是目前工业上最常见的一种无机分离膜。已有孔径为4nm到0.2μm的超虑和微虑膜等不同规格的商品在商业上出售。