无机膜材料的应用与制备技术

（一）致密材料

致密材料包括致密金属材料和固体氧化物电解质材料，气体通过溶解—扩散或离子传递机理透过致密材料。致密材料主要用于气体分离和纯化，其突出特点是对某种气体的选择性高。渗透率低是致密材料在工业上不能大规模应用的致命缺点。

1.金属及其合金　Pd及Pd合金膜能使氢选择性透过。Pd最大特点是在常温下能溶解相当于自身体积700倍的氢，而在真空中加热至100℃时又能把溶解的氢释放出来。如果在Pd膜两侧存在氢的分压差，氢就会从压力较高侧向较低侧渗透。

Ag及其合金膜能选择性地透过氧。氧在Ag表面不同部位发生解离吸附，溶解的氧以原子形式扩散通过Ag膜。

2.固体氧化物电解质　固体电解质是具有离子传导性能的固体材料。由Y2O3稳定的ZrO2固体氧化物（记作YSZ）在较宽的温度范围内具有显著的O2-传导性能。在YSZ膜两侧涂上电极层就构成了固体氧化物膜反应器。YSZ膜的一侧与空气或纯氧气接触，用作阴极或参考电极；另一侧与反应混合物接触，用作阳极或催化剂电极。在低压直流电场的作用下，氧从负极透过YSZ膜输向正极生成活性氧种，可催化各种氧化反应。改变电压可调节氧泵输送速度，进而控制反应的选择性。

致密的ZrO2膜主要用于传感材料，其优点是对氧的渗透选择性高，但渗透通量低使其应用受到限制。近年来，高温固体氧化物在燃料电池及甲烷选择性氧化等方面的研究也逐渐增多，为无机致密膜的应用带来了新的希望。(www.xing528.com)

（二）微孔材料

1.多孔金属膜　目前，已商业化的多孔金属膜包括Ag膜、Ni膜、Ti膜及不锈钢膜等。这类膜的孔结构均匀，孔径范围为200～500nm，厚度50～70μm，孔隙率可达60%。与致密金属膜相比，多孔金属膜的渗透率大大提高，可用作微孔过滤膜和动态膜的载体。另外，这类膜材料价格昂贵，工业大规模应用受到限制，但其具有的催化与分离的双重性能正逐步得到重视。

2.多孔陶瓷膜　常用的多孔陶瓷膜有Al2O3、SiO2、ZrO2和TiO2膜等。其突出特点是：耐高温，大多数陶瓷膜可在1000～1300℃高温下使用；耐化学和生物腐蚀。根据孔径的不同，多孔陶瓷膜可具有多层或超薄表层的不对称复合结构。目前，孔径为4～5000nm的多孔Al2O3膜、ZrO2膜及玻璃膜均已商品化。20世纪80年代中期，荷兰Twente大学采用溶胶—凝胶法制备出孔径小于3.0nm、孔隙率超过50%的不对称微孔陶瓷膜，是目前研究和应用最多的无机膜材料之一。

3.分子筛膜　在多孔材料上再复制超薄分子筛，或在载体上原位合成厚度仅为纳米级的

笼形分子筛。由于分子筛的孔径在1nm以下，使得分子筛膜在分离上可达到反渗透的要求，对气体分离的选择性大大提高。如能将催化活性组分经离子交换引入分子筛膜，便可使之在分子水平上同时具有分离和催化的双重功能。