無機分離膜在微米與亞微米固液分離中的應用
1無機分離膜
1.1無機分離膜的特點和發(fā)展
自80年代起，采用陶瓷、金屬、金屬氧化物及玻璃等無機材料制成的無機膜，因其優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及高機械強度等特點，使無機膜的開發(fā)和應用研究日趨活躍，成為以有機膜占主導地位的膜分離技術的一個重要補充。與有機膜相比，無機膜具有如下特性：
1耐高溫。無機膜的使用溫度可達400℃，甚至可達800℃，因此特別適合于高溫操作產(chǎn)物的直接分離或人為提高溫度，以用于高粘度流體的分離;在食品和生物工程領域可用于直接高溫蒸汽清洗和滅菌。
2化學穩(wěn)定性好。無機膜能耐酸堿、耐有機溶劑，適用于較寬的pH范圍，因此可在強酸、強堿介質(zhì)下使用，并可采用強酸、強堿等化學試劑進行清洗。另外無機膜可用于非水溶液體系的分離。
3機械強度高。無機膜特別是分離膜一般以載體膜形式使用，其機械強度遠高于有機膜，因此可在較高壓力下使用，膜組件及膜微孔不會產(chǎn)生變形和損壞，還可以高壓反沖進行再生。
4抗微生物能力強。一般不與微生物發(fā)生作用，它本身無毒，不污染被分離體系，因此用于食品、生化領域有獨特的優(yōu)勢。
1.2無機分離膜及分離裝置
工業(yè)無機分離膜多是非對稱結(jié)構(gòu)，主要由3層結(jié)構(gòu)構(gòu)成:多孔載體、過渡層和活性分離層。多孔載體的作用是增加膜的機械強度，其孔徑一般在10～15μm，一般由三氧化二鋁、二氧化鋯、碳、金屬以及碳化硅等材料制成;過渡層的作用是防止活性分離層在制備過程中顆粒向多孔載體滲透，一般孔徑為0.2～5μm，每層厚度不大于10μm;活性分離層即是膜，分離過程主要是在這層薄膜上進行的，其厚度在0.5～10μm，孔徑為4nm～5μm。
目前工業(yè)無機膜主要有管式、中空纖維以及多通道蜂窩體和平板式，根據(jù)孔徑可分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)等。
無機膜在液體過濾分離中主要采用錯流過濾(Cross-flowFiltration)方式，錯流過濾是指主體流動方向平行于過濾表面的壓力推動過濾過程。早在60年代，錯流過濾就被應用于反滲透、超濾過程;近年來錯流過濾成功地應用于微濾過程上。特別在無機膜應用上主要采用錯流過濾方式，與通常的終端過濾(Ded-endFiltration)相比，錯流過濾能有效地改善過濾操作，由于流體流動平行于過濾表面，產(chǎn)生了表面剪切作用可以帶走膜表面沉積物，防止濾餅的不斷積累，使之處于動態(tài)平衡，因而過濾操作可以在較長時間內(nèi)連續(xù)進行。
2無機分離膜在微米及亞微米級固液分離中的應用
2.1微米及亞微米級固液分離的現(xiàn)狀
在精細化工、濕法冶金、制藥、輕工、電子、食品等行業(yè)常需制備微米和亞微米級的超細產(chǎn)品;在化工、生化等行業(yè)常涉及原料液的凈化等。這些過程都要進行微米與亞微米粒子的固液分離。
主要工業(yè)應用實例如下:
1原料液的凈化
用于氯堿生產(chǎn)用鹽水;雙氧水生產(chǎn)中原料水溶液;腈綸生產(chǎn)中硫腈酸鈉溶液;粘膠纖維生產(chǎn)中紡絲酸浴;三聚氰胺原料液;催化裂化用焦化蠟油中焦粉去除;電鍍液的循環(huán)澄清過濾。
2精細無機化工
氫氧化鈮及氫氧化鉭(1～2μm)產(chǎn)品的過濾與洗滌;立德粉生產(chǎn)中硫酸鋇、硫化鋇(0.5μm)產(chǎn)品的過濾;沸石催化劑(0.2μm)產(chǎn)品的過濾與洗滌;鈦白生產(chǎn)中偏鈦酸的回收;超細粉產(chǎn)品的回收。
3廢水處理
含重金屬離子廢水的沉淀過濾;含對硝基苯酚鈉廢水的過濾回收;硫鐵礦焙燒爐中濕法除塵的廢水處理。
4其他
液固催化反應中的催化劑的回收;生化及食品工業(yè)脫色活性炭的去除。
微米與亞微米級粒子的固液分離很困難，特別是液固非均相的高效分離極為困難。傳統(tǒng)的重力沉降幾乎無法使用;而以濾布為過濾介質(zhì)的各類過濾技術，其分離效率很低，濾過液質(zhì)量也難以保證;采用超速離心機，對固含量較低的溶液其效率極低，因此，微米與亞微米粒子的固液分離往往成為當前工業(yè)生產(chǎn)上影響產(chǎn)品收率、成本以及質(zhì)量的主要因素。
采用膜分離技術進行微米與亞微米級粒子的液固分離有顯著優(yōu)勢:分離效率高，能耗低，裝置簡單，操作容易。然而目前應用較多的高分子膜因材料性能及操作方式等因素使其應用受到了限制，采用高分子膜進行偏鈦酸粒子的回收是不能實現(xiàn)的。相比之下，無機膜耐酸、耐堿、耐有機溶劑，耐高溫，機械強度高，可進行高壓反沖再生。因此采用無機膜錯流過濾技術進行溶液中細微粒子的分離是適宜的選擇，特別是在化學工業(yè)、石油化工等行業(yè)無機膜的應用有顯著的優(yōu)勢。