膜分離技術(shù)是利用膜的選擇性分離功能實(shí)現(xiàn)料液不同成分的分離、純化、濃縮的新型高效分離技術(shù)，被列為我國(guó)當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域。根據(jù)膜材質(zhì)的不同，膜分離所使用的膜材料可分為無(wú)機(jī)膜（陶瓷膜等）與有機(jī)膜。

其中，陶瓷膜是一種以無(wú)機(jī)陶瓷材料制成的具有特殊選擇性分離功能的高性能膜材料，以其分離效率和分離精度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫、耐有機(jī)溶劑、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異性能，在高溫、溶劑和反應(yīng)體系等苛刻環(huán)境下的過(guò)程工業(yè)分離和強(qiáng)腐蝕性、高溫、高鹽、含油、高懸浮物等特種水處理領(lǐng)域體現(xiàn)了良好的適用性，成為膜材料中極具發(fā)展前景的重要品種。隨著我國(guó)過(guò)程工業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)以及對(duì)“節(jié)能、減排”和水資源保護(hù)投入力度的不斷加大，以陶瓷膜為核心的膜分離技術(shù)的應(yīng)用前景和市場(chǎng)空間十分廣闊。

①陶瓷膜及其結(jié)構(gòu)

陶瓷膜是以氧化鋁（Al2O3）、氧化鋯（ZrO2）和氧化鈦（TiO2）等粉體原料經(jīng)特殊工藝制備而成的膜。陶瓷膜管壁密布微孔，在壓力作用下，原料液在膜管內(nèi)的膜外側(cè)流動(dòng)，小分子物質(zhì)（或液體）透過(guò)膜，大分子物質(zhì)（或固體顆粒、液體液滴）被膜截留從而達(dá)到料液不同成分的分離、濃縮和純化之目的。

從結(jié)構(gòu)上看，陶瓷膜一般由支撐體層、過(guò)渡層和膜層組成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其中支撐體層是構(gòu)成陶瓷膜的主體結(jié)構(gòu)，為膜層提供必要的機(jī)械強(qiáng)度，孔隙率較高、平均孔徑較大，是陶瓷膜機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性等性能的主要決定因素；膜層是涂于過(guò)渡層表面經(jīng)燒結(jié)而成的一層致密陶瓷薄膜，其厚度通常在幾十微米，通過(guò)采用不同的陶瓷粉體材料與燒制工藝，可以對(duì)膜層的孔徑大小、孔徑分布等進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制陶瓷膜的過(guò)濾范圍、分離精度等功能指標(biāo)；過(guò)渡層是膜層與支撐體層之間的一層過(guò)渡結(jié)構(gòu)，其作用在于防止膜層內(nèi)的陶瓷粉體滲入支撐體層，幫助膜層與支撐體層更好的結(jié)合。

圖 陶瓷膜結(jié)構(gòu)示意

②陶瓷膜的分類

根據(jù)制備陶瓷膜的材料不同，主要可分為氧化鋁（Al2O3）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鈦（TiO2）及氧化 硅（SiO2）等陶瓷膜。

按照膜的構(gòu)型分類，通常分為片式膜、板式膜以及管式膜。其中，多通道管式膜因其單位體積內(nèi)的膜層面積大、機(jī)械強(qiáng)度高以及安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，適合于大規(guī)模應(yīng)用，而成為工業(yè)應(yīng)用的主要品種。單支（根）膜管稱為膜元件。

③陶瓷膜材料的生產(chǎn)流程

以氧化鋁、促進(jìn)劑等為原料制備泥料，通過(guò)擠出成型、濕坯干燥，低溫?zé)商沾赡ぶ误w，然后將氧化鋯、氧化鈦、氧化鋁微粉等調(diào)配成膜液，涂覆于陶瓷膜支撐體上，再次燒結(jié)得到陶瓷膜元件。

④陶瓷膜的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)過(guò)濾分離技術(shù)相比，陶瓷膜具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

A. 化學(xué)穩(wěn)定性極佳，能夠耐強(qiáng)酸、耐強(qiáng)堿、耐有機(jī)溶劑、耐氧化；

B. 耐高溫、耐菌，抗污染性好；

C. 機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性好；

D. 孔徑分布窄，分離精度高，可達(dá)到納米級(jí)過(guò)濾；

E. 易清洗，可在線通過(guò)藥劑或高溫消毒，可反向沖洗；

F. 膜再生性能好，使用壽命長(zhǎng)。

目前，陶瓷膜材料制備綜合了先進(jìn)的新材料制備技術(shù)，已能夠根據(jù)物料體系環(huán)境和分離要求，通過(guò)陶瓷膜材料制備工藝調(diào)節(jié)陶瓷膜的孔徑大小、孔徑分布及孔隙率，分離效率與分離精度較傳統(tǒng)過(guò)濾分離技術(shù)有大幅提升。

⑤陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾原理

陶瓷膜分離以錯(cuò)流過(guò)濾方式為基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)終端過(guò)濾方式不同，錯(cuò)流過(guò)濾方式中的原料液流體以切線流過(guò)膜表面的方式高速循環(huán)流動(dòng)，過(guò)濾液（或稱滲透液）在壓力作用下透過(guò)膜表面濾出，通過(guò)原料液的循環(huán)沖刷有效抑制了傳統(tǒng)終端過(guò)濾方式中過(guò)濾介質(zhì)易被阻塞的問(wèn)題，保障分離過(guò)程的連續(xù)運(yùn)行，提高了分離效率與分離精度，并有效降低了分離過(guò)程的能耗。

圖 陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾原理

⑥陶瓷膜的應(yīng)用領(lǐng)域

陶瓷膜在苛刻環(huán)境或復(fù)雜條件下，對(duì)高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或腐蝕性體系，表現(xiàn)出了其它分離介質(zhì)或材料所不具備的適用性；且陶瓷膜可在線清洗消毒的特點(diǎn)，能夠降低分離設(shè)備的操作維護(hù)復(fù)雜度，提高分離設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行周期和使用壽命。應(yīng)用于生物與醫(yī)藥、化工、食品飲料等過(guò)程分離以及工業(yè)廢水、油田回注水、垃圾滲濾液等特種水處理領(lǐng)域中的物料分離、濃縮、提純、凈化除雜等工藝環(huán)節(jié)。

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