Membran anorganik telah menjadi jenis penting dari membran karena memiliki sifat spesifik dibandingkan dengan membran polimer. Batas suhu atas membran polimer tidak akan melebihi 500 C tapi bahan anorganik seperti keramik (silikon karbida, oksida zirkonium, titanium oksida) dapat menahan suhu yang sangat tinggi dan sangat cocok untuk diterapkan lingkungan yang keras, misalnya aplikasi suhu tinggi seperti di reaktor membran. Untuk tujuan ini membran komposit anorganik telah dikembangkan terdiri dari berbagai lapisan. Total membran mungkin berbagai milimeter ketebalan tapi lapisan atas sebenarnya hanya beberapa mikrometer atau lebih kecil dan ukuran pori-pori dapat berada di bawah 1 nm. Gambar III - 56 memberikan gambar skematik dari suatu struktur multiayer.

Penyusunan membran anorganik akan dibahas hanya sebentar dan pembaca disebut sejumlah artikel review dan buku untuk lebih jelasnya [56-60]. Kursus mikro substrat diperoleh dengan berbagai metode seperti isostatic menekan bubuk kering, ekstrusi atau slip-casting bubuk keramik dengan penambahan binder dan plasticizer. Dukungan ini kemudian disinter untuk memberikan dukungan dengan ukuran pori di kisaran 5- 15 ~ m dan porositas 30-50% (lihat gambar Ill -56. Substrat) Setelah lapisan ini lapisan tipis diterapkan oleh misalnya coating suspensi (misalnya Al) dengan distribusi ukuran pori sempit. Lapisan ini memiliki ukuran pori khas 0,2-1! Jm (pori makro) dan dapat digunakan sebagai membran mikrofiltrasi. Untuk membuat ukuran pori nanopartikel lebih kecil diperlukan. Dalam rangka untuk menstabilkan partikel-partikel ini dan untuk mendapatkan tipis lapisan bebas cacat proses sol-gel yang disebut secara luas digunakan. Dengan cara ini diameter pori di kisaran nanometer (mesopori) diperoleh dengan sifat ultrafiltrasi khas. Untuk make membran cocok untuk reverse osmosis atau pemisahan gas densifikasi lebih lanjut diperlukan yang dapat dilakukan dengan berbagai teknik seperti deposisi uap.

Proses sol-gel

Perkembangan proses sol-gel pada awal tahun delapan puluhan dapat dianggap sebagai terobosan dalam membran anorganik sebanding dengan proses Loeb-Sourirajan untuk persiapan membran polimer asimetris. Berbagai jenis microfiltraion membran yang dikenal untuk waktu yang lama. berdasarkan logam atau karbon, tetapi jumlah aplikasi ini terbatas karena ukuran pori yang relatif besar. Melalui proses sol-gel lapisan mesopori terbentuk dengan propenies ultrafiltrasi sementara pemisahan gas dimungkinkan melalui Knudsen aliran (lihat bab V). Selain itu lapisan ini dapat dianggap sebagai dasar untuk funher densifikasi. Dua rute yang berbeda secara luas digunakan, rute suspensi koloid dan rute gel polimer. Skema dasar ditunjukkan pada gambar III - 58. Kedua rute persiapan memanfaatkan prekursor yang dapat, dihidrolisis dan polimerisasi. Proses ini harus dikontrol untuk

mendapatkan struktur yang dibutuhkan. Alkoksida sering digunakan sebagai prekursor dan hidrolisis dan polimerisasi (kondensasi) reaksi ditunjukkan di bawah pada gambar III - 57. suspensi koloid dimulai dari sol yang telah diperoleh setelah hidrolisis. Sebuah sol dapat didefinisikan sebagai dispersi partikel koloid dari dalam cairan. Proses dimulai dengan prekursor yang sering alkoksida seperti aluminium tri-sec butoksida (ATSB). Precurser ini kemudian dihidrolisis dengan penambahan air yang menghasilkan suatu hidroksida, misalnya dalam kasus aluminium berbasis prekursor aluminumhydroxide (y-AlOOH) atau boehmite diperoleh. Alkoksida terhidrolisis sebagian ini sekarang melalui kelompok OH mampu bereaksi dengan reaktan lain dan polyoxometalate terbentuk. Viskositas larutan akan meningkat yang merupakan indikasi bahwa hasil polimerisasi. Sol yang dipeptisasi dengan penambahan asam (misalnya HCl atau Hl \ 03) untuk membentuk suspensi yang stabil. Sering polimer organik seperti polivinilalkohol (PVA) (20-30% berat) ditambahkan. Dengan cara ini viskositas meningkat solusi yang menghasilkan kecenderungan lebih rendah penetrasi pori dan mengurangi pembentukan retak karena stres relaksasi. Dengan mengubah muatan permukaan malai (potensial zeta) atau dengan meningkatkan konsentrasi partikel cenderung menggumpal dan gel diperoleh. Gel ini dapat didefinisikan sebagai struktur jaringan tiga dimensi dan kekompakan struktur tergantung pada pH. konsentrasi dan sifat dari ion untuk menstabilkan suspensi koloid. Pengeringan dari struktur gd dianggap sebagai meresap paling penting dalam pembentukan membran tersebut. Karena partikel cukup kecil Pasukan kapiler tinggi yang dihasilkan yang dapat melebihi 200 MPa untuk pori-pori sangat kecil dan mengakibatkan retak. Ada berbagai metode untuk mengatasi masalah ini. Salah satu cara adalah dengan pengeringan super-kritis di mana pasukan kapiler berkurang drastis. Lain dan secara luas metode yang diterapkan adalah penambahan pengikat organik yang mampu untuk bersantai tekanan yang dihasilkan. Pengikat ini dapat secara efektif dihilangkan dengan perlakuan panas. Setelah pengeringan membran disinter pada temperarure tertentu dan tina yang! morfologi stabil. Dalam rute gel polimer prekursor telah dipilih dengan tingkat hidrolisis rendah. Dengan penambahan sejumlah kecil air polimer anorganik telah dibentuk yang akhirnya menghasilkan jaringan polimer (gel!). Air diperlukan untuk proses ini dapat ditambahkan secara langsung tetapi sangat lambat atau dapat dihasilkan oleh reaksi kimia, misalnya reaksi esterifikasi. Tidak semua bahan keramik sama-sama cocok untuk baik dengan reaksi dan tergantung pada sistem dan struktur yang diperlukan sistem yang cocok dapat dipilih. Selain itu, ada sejumlah parameter dengan pengaruh besar pada struktur akhir. Terutama kalsinasi temperarure untuk menghasilkan bentuk oksida dan struktur akhir dapat digunakan untuk mengatur ukuran pori yang diperlukan (lihat juga mencari IV - 17).

Modifikasi membran

Hasil proses sol-gel dalam struktur dengan ukuran pori dalam rentang nanometer. Dalam rangka mempersiapkan membran keramik cocok untuk pemisahan gas atau reverse osmosis suatu densifikasi lebih lanjut dari struktur diperlukan. Berbagai teknik dapat digunakan untuk mencapai hal ini dan struktur diberikan pada gambar iii -59. Membran keramik sangat cocok untuk aplikasi suhu tinggi, misalnya dalam reaktor membran yang mengandung situs katalitik aktif dan berfungsi sebagai tembok pemisah juga. Salah satu cara untuk mendapatkan membran catalically aktif dengan menutup permukaan dengan katalis (sakit ara - 59a). Katalis yang berbeda dapat digunakan dalam kombinasi dengan membran anorganik yang cocok, misalnya y-Al2O3. paladium, platinum, perak, molibdenum sulfida [59,60]. Struktur skematis diperlihatkan pada gambar III - 59 b adalah struktur khas untuk membran katalitik aktif hanya katalis tidak diendapkan sebagai lapisan kontinyu melainkan sebagai nanopartikel. Struktur c khas yang diperoleh dengan proses pelapisan gel polimer anorganik di atas dukungan. Untuk tujuan ini silikat atau alkoksida digunakan dan dengan penambahan polimerisasi air terjadi. Panjang rantai dan kepadatan lapisan dapat dikontrol oleh jumlah air, temperarure dan waktu. Akhirnya struktur III- 59 d struktur diperoleh dengan deposisi uap kimia (Chemical Vapour Deposition). Dengan cara ini kendala terbentuk dalam sistem berpori yang mungkin katalitik aktif juga.

Membran zeolit

Membran zeolit telah mendapatkan banyak minat baru. Zeolit adalah kristal aluminosilikat mikro. Hal ini dibangun oleh jaringan tiga dimensi dari SiO4 dan AlO4 tetrahedra (61 -. 63] Zeolit telah struktur pori sangat ditentukan dan angka III 60 memberikan DR1 sayap skema dari struktur zeolit LTA (tipe A) dan silicalite- 1. Karena tingginya jumlah aluminium. zeolit LTA adalah zeolit sangat hidrofilik. Ukuran pori tergantung pada jenis kation dan Ca2 +, Na2 +, K + memberikan 5A, 4A Dan 3A, masing-masing. Di sisi lain silikalit-l adalah zeolit sangat hidrofobik karena tidak mengandung aluminium dan memiliki kelebihan biaya yang harus dikompensasi oleh counter-ion.

Zeolit A mengandung jumlah tinggi aluminium yang berarti kehadiran sejumlah besar kation. Ukuran pori-pori tergantung pada ukuran kation. Zeolit lain, faujasit, memiliki struktur yang sama. Silikalit, silika zeolit murni memiliki struktur yang sama sekali berbeda. Struktur yang dibangun dalam hal ini oleh sepuluh atom oksigen, ditandai dengan struktur pori dua dimensi

Zeolite A Silicate – 1,

satu dengan saluran lurus dan yang lainnya dengan jenis yang lebih sinusoidal struktur. Jika struktur ini diterapkan dalam membran pori-pori sangat ditentukan diperoleh untuk pemisahan tertentu. Baru-baru ini, berbagai peneliti [65- 67], telah mencoba untuk mengembangkan lapisan atas zeolit dalam membran berlapis-lapis. Misalnya dalam kasus-silikalit 1, dukungan tersebut direndam dalam sol SiO2 dalam air dengan beberapa aditif. Sekarang zeolit yang tumbuh di bawah kondisi tertentu misalnya dalam autoklaf dan struktur akhir diperoleh setelah kalsinasi

Membran kaca

Selain keramik, logam, dan karbon, kaca adalah bahan lain yang membran dapat disiapkan. Dua gelas terkenal yang Pyrex dan vycor, baik yang mengandung SiO2, B2O3 dan Na2O. Diagram fase terner dari sistem Si02, B2O3 dan Na2O secara skematis diperlihatkan pada gambar III-61 [68,69]. Berbagai kesenjangan larut dapat diamati dan ketika mencair homogen di 1300 - 1500 C didinginkan hingga 500-800 C pada komposisi tertentu pemisahan fasa terjadi. Salah satu komposisi ini terdiri dari 70% berat SiO2, 23% berat B2O3 dan 7% berat Na2O yang terletak di 'vycor wilayah kaca'. Demixing terjadi dalam dua tahap, satu fase terutama terdiri dari SiO2 yang tidak larut dalam asam mineral. Fase lainnya adalah kaya B2O3 dan senyawa ini dapat tercuci dari struktur yang dihasilkan dalam matriks berpori dengan pori-pori di mikro m untuk berbagai nm. Sebuah kontrol suhu-hati dapat memberikan distribusi ukuran pori agak sempit. Kelemahan dari membran ini adalah stabilitas miskin mekanik dan kerentanan bahan (permukaan) untuk semua jenis reaksi pada suhu tinggi dengan komponen yang hadir dalam larutan umpan. Di sisi lain, permukaan dapat dengan mudah dimodifikasi dengan semua jenis senyawa yang dapat diterapkan untuk mengubah sifat pemisahan.

Membran padat

Selain membran berpori padat (tidak keropos) membran anorganik dapat diterapkan sebagai baik. Contoh membran tipis pelat logam seperti paladium dan perak dan paduan dari logam ini. Dalam kebanyakan kasus paduan yang digunakan untuk mengurangi kerapuhan murni paladium. Logam / paduan ini kedap semua zat kecuali untuk atom oksigen dan hidrogen yang menyiratkan misalnya bahwa paladium memiliki pemisahan jauh tinggi Faktor hidrogen atas semua jenis gas. Hidrogen tidak diangkut sebagai 'hidrogen molekul' tapi sebagai 'hidrogen atom'. Molekul hidrogen dipisahkan pada permukaan paladium menjadi atom hidrogen yang menyebar melalui paladium (atau paladium / perak paduan) dan recombines dan desorbs di permukaan lainnya. Namun, permeabilitas yang rendah adalah kelemahan dan ini dapat diselesaikan sebagian dengan membuat membran komposit dengan lapisan paladium sangat tipis diterapkan dengan teknik deposisi pada pendukung berpori. Juga di bidang membran cair amobil (lihat bab VI) bahan anorganik tidak keropos dapat diterapkan untuk sifat pemisahan tertentu seperti garam cair dimasukkan ke dalam membran anorganik berpori memiliki faktor pemisahan yang sangat tinggi terhadap misalnya oksigen, amonia, karbon dioksida [70].