无机陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等无机材料经高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料,其过滤精度涵盖微滤、超滤、纳滤三个级别。无机陶瓷膜是新材料领域和高性能膜材料的重要组成部分,是我国重点发展的战略性新兴产业之一。
无机陶瓷膜的发展始于20世纪40年代,至今经历了三个阶段,第一阶段始于二战时期,采用多孔陶瓷材料分离UF6同位素,为核反应堆提供浓缩铀。第二阶段是20世纪80年代,无机膜进入工业领域,主要产品是无机微滤膜、无机超滤膜,逐渐应用于食品工业、环境工程、气体净化等领域。膜催化反应器的广泛应用和无机陶瓷纳滤膜的研制,使无机膜的发展进入第三阶段。
20世纪80年代末,我国制备出实验室规模的无机陶瓷膜并转入民用。在国家“九五”科技攻关项目的支持下,1997年,国内无机陶瓷膜实现产业化,并逐渐在医药、食品、化工与石化、环保水处理等领域广泛应用。国内无机陶瓷膜产业已经形成了包括江苏久吾等在内的一批材料制备、工艺设计和工程实施的企业,产品从低成本高装填密度膜元件到陶瓷纳滤膜产品,品种规格丰富。
无机陶瓷膜材料产品
无机陶瓷膜材料具有化学稳定性好、耐高温、机械强度高、易清洗、寿命长的优点,其孔径分布窄,分离精度高,无溶出物,适用于食品和医药的过程分离;进水或进料的要求低,可应用于一些极端的环境中。与传统技术相比,无机陶瓷膜分离技术可提高产品收率和纯度,缩短生产周期,节能减排等。
在医药食品领域中,以生物发酵方式的产品中,无机陶瓷膜可用于除菌、除杂、脱色、浓缩。植物提取液产品,无机陶瓷膜分离纯化技术能去除鞣质、果胶、大分子蛋白等,提高澄清度和有效成分含量。以水解、转化、合成等方式的产品,能实现有机溶剂的纯化、水中溶剂的脱除等等。因此在医药食品行业中无机陶瓷膜广泛应用在抗生素、维生素、氨基酸、酒类、中药、食品添加剂等生产过程中。
在化工与石化领域中,“第四代陶瓷膜盐水精制技术”攻克了原工艺钙镁不能同时去除的难关,缩短了流程,可节省占地和减少30%-50%的一次盐水投资,使中国的盐水精制工艺世界领先。石化与化工反应过程中,将无机陶瓷膜分离过程与反应过程集成,有效实现纳米催化-无机陶瓷膜分离耦合。另外,无机陶瓷膜分离技术在纳米粉体洗涤纯化、多晶硅切割液回收、钛白废水中偏钛酸或二氧化钛的回收、粘胶纤维中碱回收上也实现了技术突破和应用推广。
在环保水处理领域中,主要是特种水处理领域。包括在含油废水处理、油气田回注水处理等,无机陶瓷膜表现出运行稳定、通量高、出水水质好、含油量低等优点。随着平板陶瓷膜分离技术的日益成熟,与管式陶瓷膜优势互补,在高温凝结水、垃圾渗滤液处理、脱硫废水等多个方向的水处理领域,无机陶瓷膜分离技术展现了其应用价值。
未来无机陶瓷膜材料的发展趋势主要有两个:一是更高分离精度的无机陶瓷膜材料的开发与应用,国家“863”计划课题“高性能陶瓷纳滤膜规模制备技术及膜反应器”已成功实现小孔径无机陶瓷膜和无机纳滤膜。二是低成本高装填密度的陶瓷膜元件的开发,美国Ceramem公司和日本NKG公司已开发出面向水处理领域的低成本陶瓷膜产品,江苏久吾高科技股份有限公司和南京工业大学也已共同开发出适合于水处理的低成本蜂窝状陶瓷膜。预计“十三五”期间,无机陶瓷膜材料将迎来更大的机遇,为各行业转型升级、绿色节能制造提供新技术和新力量。