陶瓷-不锈钢复合膜的制备文献综述

 2021-10-27 21:59:29

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文 献 综 述1.金属陶瓷膜的研究背景简介 多孔金属膜产生于20世纪40年代,为分离铀同位素而发明了金属Ni膜,在随后几十年里,以Al2O3陶瓷为基体的陶瓷膜发展非常迅速,但是由于陶瓷膜难以适应温度的变化,在使用过程中易发生断裂,无法长时间在腐蚀液体、水蒸气和高压力等环境中工作,使用性能受到限制。

将多孔金属与陶瓷复合,可以发挥其各自优点。

20世纪90年代,美国成功研制出以多孔不锈钢为基体,TiO2陶瓷为膜层的Scepter膜,因其具有渗透量大、过滤精度高和力学性能好等优点,迅速被应用于生物制药、石油化工、纺织工业、食品和制浆造纸等领域[1]。

目前,德国、新加坡、美国等国在金属陶瓷膜领域的研究已取得巨大进展,但相关的研究少有公开,而国内起步相对较晚,很多核心技术仍需进一步探索。

2.金属陶瓷膜的研究进展2.1金属基体多孔金属陶瓷膜材料的基体材料需保证高强度、一定的渗透率和光滑的表面[2],因此一般选择的金属支撑体为多孔不锈钢、多孔钛、多孔镍和多孔金属间化合物等。

这类金属基体采用粉末或纤维烧结得到,具有耐高温、耐腐蚀、可焊接等优点,是制备膜材料良好基体。

基体孔径大小、孔隙形状和金属基体粉末形态等影响着成膜时的毛细管力,进而影响最终膜的完整性和膜孔大小分布。

2.2陶瓷膜陶瓷膜又称无机陶瓷膜,是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜,分为管式陶瓷膜和平板陶瓷膜两种。

陶瓷膜属于膜分离技术中的固体膜材料,主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体,经表面涂膜、高温烧制而成。

其中,TiO2膜的烧结温度比 Al2O3、ZrO2膜的烧结温度低,同时具有比较窄的孔径分布,是商业运用较早的多孔金属陶瓷膜,但TiO2是一种缺氧化合物,温度和氧分压对其晶体结构、化学成分和性能有很大影响;多孔Al2O3陶瓷膜具有化学稳定性好、电阻率高、耐高温、耐腐蚀、渗透率高等优点,由于Al2O3膜烧结温度较高,因此多采用溶胶凝胶法来制备;通常Al2O3膜是作为致密 Pd 膜或其他陶瓷膜的衬底,用以增强实际作用膜的选择性和渗透量[3];SiO2膜可以提高金属表面硬度,增强其耐磨性,同时也经常被用来制备分子筛等分离材料;ZrO2膜相比TiO2、Al2O3和SiO2膜具有更好的力学强度、化学耐久性和抗碱浸蚀等特性,在高温陶瓷膜领域得到了广泛的研究[4]。

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