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一、納濾陶瓷膜設(shè)備對(duì)比普通納濾膜有什么優(yōu)勢(shì)?
納濾膜可以過(guò)濾水中二價(jià)以上金屬離子(一般水中一價(jià)離子含量極少,且都是對(duì)人體有益的礦物質(zhì)),而納濾膜的運(yùn)行壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反滲透,同時(shí)出水量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于反滲透,完全可以去除水中易結(jié)垢的鈣鎂離子,使用納濾膜足以滿足飲用水的需求。
二、陶瓷膜過(guò)濾設(shè)備面積是怎么計(jì)算出來(lái)的?
陶瓷膜過(guò)濾設(shè)備面積是根據(jù)具體的物料體系、物料理化參數(shù)、以及想要分離或者濃縮的預(yù)期目標(biāo)、通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合水通量理論數(shù)據(jù),綜合計(jì)算出來(lái)的。光是物料就千差萬(wàn)別,所以當(dāng)然沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算公式,原理是膜通量大小跟膜孔徑、物料溫度、粘度、密度、固含量等都有關(guān)系。比如測(cè)試某粉體-聚合乳化液,粘度3.4mPa s@26℃,采用50nm陶瓷膜,實(shí)驗(yàn)溫度范圍20-60℃,試驗(yàn)壓力范圍0.1-0.3MPa,綜合比對(duì)發(fā)現(xiàn),在50℃,0.2Mpa時(shí)膜通量最大達(dá)到30L/m2 h;同是采用50nm陶瓷膜,在測(cè)試氧化鋁中水回用實(shí)驗(yàn)中,在40℃、0.2MPa的工況下,膜通量最佳為70L/m2 h,綜上所述,膜面積的需要通過(guò)物料實(shí)驗(yàn)獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。 望采納
三、陶瓷膜過(guò)濾器操作壓力一般多少高了或者低了又有什么影響陶瓷膜應(yīng)用廣么
多孔陶瓷膜的構(gòu)型主要有平板、管式和多通道3種,其中平板膜主要用于小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室研究。管式膜組合起來(lái)形成類似于列管換熱器的形式,可增大膜裝填而積,但由于其強(qiáng)度問(wèn)題,已逐步退出工業(yè)應(yīng)用。規(guī)模應(yīng)用的陶瓷膜,通常采用多通道構(gòu)型,即在一圓截面上分布著多個(gè)通道,一般通道數(shù)為7、19、37等。無(wú)機(jī)陶瓷膜的主要制備技術(shù)有:采用固態(tài)粒子燒結(jié)法制備載體及微濾膜、采用溶膠凝膠法制備超濾及納濾膜、采用分相法制備玻璃膜、采用專門技術(shù)(如化學(xué)氣相沉積、無(wú)電鍍等)制備微孔膜或致密膜等,其基本理論涉及材料學(xué)科的膠體與表面化學(xué)、材料化學(xué)、固態(tài)離子學(xué)、材料加工等。多孔陶瓷膜由于具有優(yōu)異的耐高溫、耐溶劑、耐酸堿性能和機(jī)械強(qiáng)度高、容易再生等優(yōu)點(diǎn),在食品、生物、化工、能源和環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。某課題組主要對(duì)以氧化鋁和特種燒結(jié)促進(jìn)劑為起始原料,在1400℃的燒成溫度下制備出的支撐體進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究,得到滲透性能、機(jī)械性能及耐腐性能統(tǒng)一的支撐體。他們還以原料性質(zhì)預(yù)測(cè)支撐體的孔結(jié)構(gòu)為目標(biāo),以支撐體的制備過(guò)程和微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),建立了原料性質(zhì)與支撐體孔隙率、孔徑分布之間的計(jì)算方法,為特定孔結(jié)構(gòu)支撐體的定量制備提供了理論依據(jù)。在食品包裝領(lǐng)域,引人注目的是具有高功能性和良好環(huán)保適應(yīng)性的透明鍍陶瓷膜。這種膜盡管價(jià)格較高,物理性能還有待進(jìn)一步改進(jìn),但可預(yù)期在不遠(yuǎn)的將來(lái)它將在食品包裝材料中占據(jù)重要的地位。陶瓷膜的加工鍍膜方法與通常的鍍金屬方法相似,基本上按己知的加工法進(jìn)行。鍍陶瓷膜由PET(12μm)陶瓷(SiOx)組成。氧化硅能分成4類,即SiO、Si O 、Si O 、SiO 。然而,在自然界它們通常以SiO 形式存在,因此根據(jù)鍍金屬條件,它們的變化很大。對(duì)這種膜的主要要求是具有良好的透明度、極佳的阻隔性、優(yōu)良的耐蒸煮性、較好的可透過(guò)微波性與良好的環(huán)境保護(hù)性以及良好的機(jī)械性能。鍍陶瓷膜基本上可以用制作鍍鋁膜一樣的條件制取,在制取過(guò)程中,仔細(xì)處理表面層,不使鍍層受到損傷是極其重要的。由于這種膜是由氧化硅處理的,表面具有極好的潤(rùn)濕性,因此,它在油墨或粘合劑的選擇范圍上比較廣,幾乎與任何油墨或粘合劑都能親和。聚氨酯類粘合劑是最可取的粘合劑,而油墨可以按用途任意選擇,不用進(jìn)行表面處理。然而,鍍陶瓷膜像鍍鋁膜那樣容易向聚乙烯復(fù)合,因?yàn)镻ET膜作為基材料,當(dāng)其氧化硅表而直接熔融聚乙烯高溫涂布或復(fù)合時(shí),易趨向于伸長(zhǎng),從而破壞氧化硅表面層,導(dǎo)致阻隔性下降。同時(shí),由于技術(shù)工藝上的問(wèn)題,PET膜在鍍陶瓷過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生卷曲,從而影響膜的質(zhì)量。當(dāng)然,這類問(wèn)題正得到解決。鍍陶瓷膜首先用作細(xì)條實(shí)心面的調(diào)味品包裝材料。其優(yōu)良的包裝性能引起了人們的注意。由于這種膜保味性極佳,因此,尤其適合于包裝易升華產(chǎn)品,如茶(樟腦)之類的易揮發(fā)材質(zhì)。由于其極好的阻隔性,除了作為高阻隔性包裝材料和作食品包裝材料用外、預(yù)計(jì)還可用在微波容器上作為蓋材,在調(diào)味品、精密機(jī)械零配件、電子零件、藥物和醫(yī)藥儀器等方而作為包裝材料。隨著加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,如果這種膜在成本上大幅下降,那么它將得到迅速推廣和應(yīng)用。陶瓷膜技術(shù)是膜技術(shù)中的翹楚,但20世紀(jì)80年代發(fā)達(dá)國(guó)家已在廣泛應(yīng)用時(shí),中國(guó)在此領(lǐng)域卻還是一片空白。十幾年過(guò)去了,依靠自主創(chuàng)新,中國(guó)陶瓷膜技術(shù)從無(wú)到有,不僅打破了國(guó)外的封鎖與壟斷,還達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。膜是一種高分子化學(xué)材料,它有無(wú)數(shù)個(gè)只能用微米甚至納米計(jì)算的小孔,既有分離、濃縮、凈化和脫鹽功能,又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾等特征。膜技術(shù)發(fā)明之后便廣泛運(yùn)用于食品加工、水質(zhì)凈化、環(huán)境治理、制藥工業(yè)、化工與石油化工等領(lǐng)域,用來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的凈化分離。陶瓷膜就是由經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)的陶瓷材料制成的分離膜。由于具有獨(dú)特的耐性,其一進(jìn)入市場(chǎng)便成為膜領(lǐng)域發(fā)展最為迅速、也最有發(fā)展前景的品種之一。到1989年底,南京工業(yè)大學(xué)徐南平院士才開(kāi)始了在陶瓷膜領(lǐng)域的艱難探索。經(jīng)過(guò)二十多年的不懈奮斗與努力,中國(guó)在陶瓷膜領(lǐng)域不僅打破了西方的封鎖與壟斷,而且依靠自主創(chuàng)新達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。膜分離被認(rèn)為是一種高效節(jié)能的新型分離技術(shù),是解決人類面臨的能源、資源、環(huán)境等重大問(wèn)題的有效手段。有資料顯示,21世紀(jì)初,全球膜及其裝備的年銷售量超過(guò)100億美元,年增長(zhǎng)率在30%左右。甚至有專家預(yù)言,21世紀(jì)膜技術(shù)以及膜技術(shù)與其他技術(shù)的集成技術(shù)將在很大程度上取代傳統(tǒng)分離技術(shù),達(dá)到節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的,極大地推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。膜技術(shù)的應(yīng)用將涉及化學(xué)工業(yè)、石油與石油化工、生物化工、食品、電子、醫(yī)藥等行業(yè),以膜技術(shù)為核心開(kāi)發(fā)的凈化水和凈水設(shè)備將深入到千家萬(wàn)戶。早在20世紀(jì)40年代,美國(guó)科學(xué)家就掌握了陶瓷膜技術(shù),但當(dāng)時(shí)的陶瓷膜技術(shù)只用于高端領(lǐng)域,屬于國(guó)家機(jī)密。1989年底,南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所年輕的教師徐南平博士瞄準(zhǔn)國(guó)內(nèi)這一空白領(lǐng)域,成為了中國(guó)陶瓷膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的探索者。他從零開(kāi)始,艱苦創(chuàng)業(yè),開(kāi)展了陶瓷膜工業(yè)生產(chǎn)、人才培養(yǎng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和推廣應(yīng)用工作,經(jīng)過(guò)十幾年的努力,終于在中國(guó)形成了能夠與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)的陶瓷膜應(yīng)用技術(shù)。陶瓷膜新產(chǎn)業(yè),將中國(guó)膜應(yīng)用領(lǐng)域拓展至高溫、高壓和耐腐蝕環(huán)境,一舉打破了西方的技術(shù)封鎖,填補(bǔ)了中國(guó)在這一領(lǐng)域的空白。徐南平主持的南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所,成為國(guó)際無(wú)機(jī)膜學(xué)術(shù)界極為關(guān)注的高水平實(shí)驗(yàn)室之一。他們自主開(kāi)發(fā)的陶瓷膜裝備能夠在化學(xué)反應(yīng)存在的極端環(huán)境,實(shí)現(xiàn)無(wú)清洗狀況下3個(gè)月以上的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,這被認(rèn)為是中國(guó)陶瓷膜裝備能夠在連續(xù)化大工業(yè)中應(yīng)用的保證。這些研究成果先后獲得江蘇省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、全國(guó)化工行業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng),2005年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。徐南平開(kāi)發(fā)的陶瓷膜在化工、納米材料、中藥制備等領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)均為首創(chuàng),擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。其中,專用氧化鋯陶瓷膜解決了陶瓷膜處理軋鋼乳化油廢水通量穩(wěn)定性的關(guān)鍵問(wèn)題,獲得了中國(guó)膜工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。這項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)使新工藝的綜合成本降至進(jìn)口膜裝置的1/3,并已在中國(guó)鋼鐵行業(yè)的十幾家大型企業(yè)建立了近30個(gè)工程,產(chǎn)品銷售額就過(guò)億元。由于行業(yè)技術(shù)門檻較高,國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)無(wú)機(jī)陶瓷膜及成套裝備的企業(yè)數(shù)量很少,具備規(guī)?;a(chǎn)能力且產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定的企業(yè)更是十分稀少,導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)產(chǎn)能和市場(chǎng)份額都集中在少數(shù)公司中。然而由于陶瓷膜作為一個(gè)新興產(chǎn)品在我國(guó)的發(fā)展時(shí)間還比較短,所以下游應(yīng)用的普及率還有待進(jìn)一步提升。而且根據(jù)陶瓷膜的技術(shù)性能,還有很多領(lǐng)域等待開(kāi)發(fā),未來(lái)市場(chǎng)的潛在空間還很大。2001年10月底,由徐南平領(lǐng)導(dǎo)的南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所啟動(dòng)了“面向中藥制備過(guò)程的陶瓷膜材料的設(shè)計(jì)與過(guò)程集成的研究”的“863”計(jì)劃課題。該項(xiàng)目以中藥生產(chǎn)過(guò)程為技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)施對(duì)象,用陶瓷膜過(guò)濾過(guò)程取代傳統(tǒng)的醇沉工藝,建成每年5000噸中藥提取液的陶瓷膜中藥制備新工藝和配套工業(yè)裝備,將陶瓷膜這一新材料用于中藥制備的技術(shù)改造,推動(dòng)行業(yè)科技進(jìn)步和提高綜合效益。和技術(shù)的突破同樣令人振奮的是,南京工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的陶瓷膜技術(shù)正在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。陶瓷膜技術(shù)帶動(dòng)了一個(gè)產(chǎn)業(yè),不僅產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,還培養(yǎng)出了一批陶瓷膜研發(fā)、工程技術(shù)和管理人才,在中國(guó)形成了陶瓷膜的新產(chǎn)業(yè)。
四、膜分離設(shè)備的前景如何?
膜分離技術(shù)是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過(guò)半透膜時(shí),實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù),在飲用水凈化、工業(yè)用水處理,食品、飲料用水凈化、除菌,生物活性物質(zhì)回收、精制等方面得到廣泛應(yīng)用,并迅速推廣到紡織、化工、電力、食品、冶金、石油、機(jī)械、生物、制藥、發(fā)酵等各個(gè)領(lǐng)域。分離膜因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能,在環(huán)境保護(hù)和水資源再生方面異軍突起,在環(huán)境工程,特別是廢水處理和中水回用方面有著廣泛的應(yīng)用前景。 膜在大自然中,特別是在生物體內(nèi)是廣泛存在的,首先出現(xiàn)的是超濾膜和微孔過(guò)濾,然后才出現(xiàn)反滲透。
1748年Abble Nelkt發(fā)現(xiàn)水能自然地?cái)U(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi),首次揭示了膜分離現(xiàn)象,但是直到本世紀(jì)60年代中期,膜分離技術(shù)才應(yīng)用在工業(yè)上。
1861年Schmidt首先提出超過(guò)濾的概念,他指出,當(dāng)溶液用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐玢膜過(guò)濾時(shí),如果對(duì)接觸膜的溶液施加壓力并使膜兩側(cè)產(chǎn)生壓力差,那么它可以過(guò)濾分離溶液中如細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體那樣的微小粒子,這種過(guò)濾精度要比通常的濾紙過(guò)濾高的多,因此稱這種膜過(guò)濾法為超過(guò)濾。
在截留分子量級(jí)重要概念提出后,關(guān)于截留各種不同分子量的超過(guò)濾膜,是Machaelis等用各種比例的酸性和堿性高分子電解質(zhì)混合物,以水-丙酮-溴化鈉為溶劑首先制成的。此后,一些國(guó)家又相繼用各種高分子材料研制了具有不同用途的超過(guò)濾膜,并由美國(guó)Amicon公司首先進(jìn)行了商品化生產(chǎn)。將各種形狀的大面積的超過(guò)濾膜放在耐壓裝置中的膜組件中,隨著反滲透組件的研制而發(fā)展起來(lái)的。
幾種主要膜技術(shù)發(fā)展近況大致如下:
微濾在20世紀(jì)30年代硝酸纖維素微濾膜商品化,60年代主要開(kāi)發(fā)新品種。雖然早在100多年前已在實(shí)驗(yàn)室制造微孔濾膜,但是直到1918年才由Zsigmondy提出商品微孔過(guò)濾膜的制造法,并報(bào)道了在分離和富集微生物、微粒方面的應(yīng)用。1925年在德國(guó)建立世界上第一個(gè)微孔濾膜公司“Sartorius”,專門經(jīng)銷和生產(chǎn)微孔濾膜。第二次世界大戰(zhàn)后,美國(guó)對(duì)微孔濾膜的制造技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究研究微孔濾膜主要是發(fā)展新品種,擴(kuò)大應(yīng)用范圍。使用溫度在-100~260℃。
超濾從20世紀(jì)70年代進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用后發(fā)展迅速,已成為應(yīng)用領(lǐng)域最廣的技術(shù)。日本開(kāi)發(fā)出孔徑為5~50nm的陶瓷超濾膜,截留分子量為2萬(wàn),并開(kāi)發(fā)成功直徑為1~2mm,壁厚200~400um的陶瓷中空纖維超濾膜,特別適合于生物制品的分離提純。
離子交換膜和電滲析技術(shù)主要用于苦咸水脫鹽,引起氯堿工業(yè)的深刻變化。離子膜法比傳統(tǒng)的隔膜法節(jié)約總能耗30%,節(jié)約投資20%。90年世界上已有34個(gè)國(guó)家近140套離子膜電解裝置投產(chǎn),到2000年全世界將1/3氯堿生產(chǎn)轉(zhuǎn)向膜法。
20世紀(jì)60年代Loeb與Sourirajan發(fā)明了第一代高性能的非對(duì)稱性醋酸纖維素膜,把反滲透首次用于海波及苦咸水淡化。70年代開(kāi)發(fā)成功高效芳香聚酰胺中空纖維反滲透膜,使RO膜性能進(jìn)一步提高。90年代出現(xiàn)低壓反滲透復(fù)合膜,為第三代RO膜,膜性能大幅度提高,為RO技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的前景。超純水制造、鍋爐水軟化,食品、醫(yī)藥的濃縮,城市污水處理,化工廢液中有用物質(zhì)回收。
1979年Monsanto公司用于H2/N2分離的Prism系統(tǒng)的建立,將氣體分離推向工業(yè)化應(yīng)用。1985年Dow化學(xué)公司向市場(chǎng)提供以富N2為目的空氣分離器“Generon”氣體分離用于石油、化工、天然氣生產(chǎn)等領(lǐng)域,大大提高了過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益。
20世紀(jì)80年代后期進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的膜分離技術(shù)是用滲透汽化進(jìn)行醇類等恒沸物脫水,由于該過(guò)程的能耗僅為恒沸精餾的1/3~1/2,且不使用苯等挾帶劑,在取代恒沸精餾及其它脫水技術(shù)上具有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。德國(guó)GFT公司是率先開(kāi)發(fā)成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等國(guó)出售了100多套生產(chǎn)裝置,其中最大的為年產(chǎn)4萬(wàn)噸無(wú)水乙醇的工業(yè)裝置,建于法國(guó)。除此之外,用PV法進(jìn)行水中少量有機(jī)物脫除及某些有機(jī)/有機(jī)混合物分離,例如水中微量含氯有機(jī)物分離,MTBE/甲醇分離,我國(guó)膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是從1958年研究離子交換膜開(kāi)始的。60年代進(jìn)入開(kāi)創(chuàng)階段。1965年著手反滲透的探索,1967年開(kāi)始的全國(guó)海水淡化會(huì)戰(zhàn),大大促進(jìn)了我國(guó)膜科技的發(fā)展。70年代進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段。這時(shí)期,微濾、電滲析、反滲透和超濾等各種膜和組器件都相繼研究開(kāi)發(fā)出來(lái),80年代跨入了推廣應(yīng)用階段。80年代又是氣體分離和其他新膜開(kāi)發(fā)階段。 隨著我國(guó)膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,相應(yīng)的學(xué)術(shù)、技術(shù)團(tuán)體也相繼成立。她們的成立為規(guī)范膜行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)膜行業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。半個(gè)世紀(jì)以來(lái),膜分離完成了從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變,成為一項(xiàng)高效節(jié)能的新型分離技術(shù)。1925年以來(lái),差不多每十年就有一項(xiàng)新的膜過(guò)程在工業(yè)上得到應(yīng)用。
由于膜分離技術(shù)本身具有的優(yōu)越性能,產(chǎn)業(yè)界和科技界把膜過(guò)程視為二十一世紀(jì)工業(yè)技術(shù)改造中的一項(xiàng)極為重要的新技術(shù)。曾有專家指出:誰(shuí)掌握了膜技術(shù)誰(shuí)就掌握了化學(xué)工業(yè)的明天。
80年代以來(lái)我國(guó)膜技術(shù)跨入應(yīng)用階段,同時(shí)也是新膜過(guò)程的開(kāi)發(fā)階段。在這一時(shí)期,膜技術(shù)在食品加工、海水淡化、純水、超純水制備、醫(yī)藥、生物、環(huán)保等領(lǐng)域得到了較大規(guī)模的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。并且,在這一時(shí)期,國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目和自然科學(xué)基金中也都有了膜的課題。
為眾多的企業(yè)帶來(lái)了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。
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