陶瓷膜在纳米催化剂及纳米粉体制备中的应用

膜是一种具有特殊选择性和分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其它物质分离出来。膜分离技术中的陶瓷膜选用了高纯度的氧化铝﹑氧化锆，并且经过上千度的高温烧结，使得陶瓷膜能够适应苛刻的酸碱性甚至强氧化性环境，具有分离精度高、孔径分布窄、机械强度高、化学稳定性好、运行可靠以及易于再生等优点。

膜陶瓷膜的应用主要涉及液相分离与净化，气相分离净化以及和反应器。液相分离方面的应用主要涉及两个方面:孔径在100nm至1000 nm的微滤和孔径在几nm至100nm的超滤，由于陶瓷膜的优良特性，使得其在微米、亚微米及纳米颗粒分离中发挥了重要的作用。加上陶瓷膜耐高温，耐溶剂等优异性能，使得陶瓷膜的应用领域不仅仅涉及环保、食品、化工、生物工程等诸多领域，尤其是化工合成、石油化工等高温高压、有机溶剂强酸强碱等苛刻体系，表现出有机膜所不具备的功能。

陶瓷膜处理超细颗粒的领域主要包括纳米催化剂的生产、超细粉体的制备、膜反应器、废水中微米亚微米颗粒的收集和分离、生物医药活性炭脱色颗粒的去除和收集等。由于陶瓷膜的使用，优化了反应工艺、提高了清洗效果，降低了反应能耗，使得反应过程能够进行完全，提高了产品的纯度和收率，产生了明显的经济效益﹑社会效益和环境效益。

1.陶瓷膜在纳米催化剂制备过程中的应用：

1.1纳米材料的特性：

纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1nm至100nm范围之间，包括金属、非金属 、有机、无机和生物等多种材料颗粒。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，并且其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。由于这一系列优异性质，使得纳米材料在许多行业得到广泛应用。

1.2纳米催化剂生产工艺介绍：

    纳米催化剂主要包括纳米稀有金属﹑纳米级钛硅分子筛﹑纳米级钙钛型复合氧化物以及纳米级NiO催化剂，其制备大多采用湿化学法。在湿化学法生产纳米催化剂过程中，需要对富含杂质离子的产品浆料进行反复洗涤以去除离子提高产品纯度以及提高产品浓度；为了避免其它杂质的带入，对水质要求较高，一般使用去离子水，在洗涤过程中需要消耗大量的去离子水。如何采用适当的操作方法降低洗涤水的用量具有重要的实用价值。(2)

1.3使用陶瓷膜清洗纳米催化剂过程和效果：

1.3.1纳米催化剂制备﹑清洗过程

                               
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  图一：粉体浆料的陶瓷膜洗涤浓缩工艺

       以生产ZSM-5分子筛催化剂为例：水﹑硅源﹑铝源﹑模板剂﹑碱液以一定的比例混合加入到晶化釜中晶化，形成分子筛晶化体，其颗粒在200至400nm左右。混合料液中含有钠离子以及其它杂质离子，会引起催化剂中毒，需要使用去离子水洗脱其中的离子。

粉体浆料的清洗过程如图一所示，粉体浆料经过陶瓷膜数次浓缩、清洗，使得产品浆料中的杂质含量达到允许要求，富含浆料的浓液进入下一道干燥工序，进而加工成成品出售；清液中模板剂进入反应系统循环使用，多余的洗涤水进入废水系统，处理后排放。经过陶瓷膜清洗后得到的成品纯度完全可以满足客户要求甚至可以达到电子级。

1.3.2清洗效果对比

对于某些分散性很好、纳米级粒径的粉体体系，采用传统的板框过滤、高速离心等洗涤浓缩方法无法有效的对这些纳米浆料进行固液分离，存在着粉体易跑料、滤液混浊、洗涤水量大、劳动强度高、浓缩倍数低等缺点。有些工艺采用投加絮凝剂增大颗粒的粒度，进而达到一定的粒径，再采用传统的方法进行处理，但是引入其它化合物，增加后处理工艺、增加成本、降低产品品质。

                               
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图二：纳米浆料经过板框或离心处理以及陶瓷膜处理后效果对比

从图二的现场图片也可以看出，经过陶瓷膜处理的浆料分离效果要比板框式或者离心机过滤要好很多，这样能过最大限度地保留浆料中的有效成分，提高产品的收率，节约成本，保护环境，同时减少洗涤用水量，减轻了废水的处理压力。

2.陶瓷膜在纳米粉体制备中的应用：

    除了纳米催化剂中使用陶瓷膜清洗﹑浓缩浆料外，目前陶瓷膜在超细及纳米粉体中的其它方面也得到了广泛的应用，主要包括以下几个方面：

(1). 纳米氧化钛、氧化锌、氧化铝等氧化物的纯化浓缩

(2). 纳米钛酸钡、碳酸钡等材料的纯化浓缩

(3). 纳米银、纳米金刚石等材料纯化浓缩

(4). 纳米硅溶胶的浓缩

(5). 纳米抗菌材料的纯化浓缩

(6). 纳米高岭土、蒙脱石等矿物的纯化浓缩

(7). 纳米石墨烯的纯化浓缩

陶瓷膜由于具有过滤精度高、孔径分布窄、机械强度高、化学稳定性好等特性，使得其在超细颗粒的分离、收集、提纯等方面取代了传统的板框、离心等工艺，提高了产品的纯度和收率，节约了运行成本，降低了能耗。随着新工艺的不断开发，相信陶瓷膜能够在石油化工领域中得到更为广泛的应用。

了解更多信息，请联系 南京钛净流体技术有限公司，陈经理

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