CAC2025 广(guang)州先(xian)进陶(tao)瓷论坛暨(ji)展(zhan)览会
2025年5月26-28日 美丽豪酒店(广州番禺店)
快速工业(ye)化(hua)造成的环境问题是人(ren)类在本(ben)世(shi)纪面临的重(zhong)要(yao)威胁(xie)之(zhi)一,这(zhei)里面就(jiu)包括(kuo)了水(shui)污染问题。水(shui)是大多数工业(ye)过(guo)程(cheng)都(dou)不可或(huo)缺的重(zhong)要(yao)资源,因此废水(shui)的产(chan)生(sheng)在各行各业(ye)都(dou)是不可避免的,随着经济的飞(fei)速发(fa)展,工业(ye)和(he)市政污水(shui)排放也以同(tong)样的速度增长。为了满(man)足人(ren)口不断增长带来(lai)的用(yong)水(shui)需求,我(wo)们需要(yao)净化(hua)和(he)回收(shou)废水(shui)。
污水处理图
膜分(fen)离(li)技(ji)术是可以(yi)分(fen)离(li)污染物以(yi)缓解环境压力的(de)新兴技(ji)术,具(ju)有低能(neng)耗、易于(yu)扩大规模、与(yu)其他工艺(yi)的混合度高(gao)、能连(lian)续高强度和自动化操(cao)作等优点。而在实际的应用场景中,膜(mo)必须能(neng)够耐受所处(chu)分(fen)离环(huan)境,当(dang)施加压(ya)力(li)差(cha)作(zuo)为分(fen)离驱动力(li)时,膜(mo)应该在分(fen)离过(guo)程(cheng)中保持(chi)良(liang)好的机(ji)械刚性和对施加应力的(de)稳定(ding)性,此外膜材料必(bi)须具有一定(ding)的(de)化学稳定性,以避免其(qi)在有(you)机溶(rong)(rong)剂或(huo)强酸强碱(jian)的作用下发生(sheng)溶(rong)(rong)解或(huo)腐蚀等(deng)现象。当然温度稳定性也是膜耐受高(gao)进料(liao)操(cao)作温度和避免损坏的重要因素。
膜的种类(lei)
根据(ju)膜(mo)材(cai)料的不同(tong),主要分为(wei)有机(ji)聚合(he)(he)物(wu)膜(mo)、无机(ji)膜(mo)和复合(he)(he)膜(mo)。有机(ji)聚合(he)(he)物(wu)膜(mo)的优点是成本低、良(liang)好(hao)的选(xuan)择性和易加工性,这(zhei)些优点使得有机(ji)聚合物膜(mo)在膜(mo)分离技术市(shi)场中(zhong)(zhong)占有最大份(fen)额,在工业(ye)规(gui)模应(ying)用(yong)和学术研(yan)究中(zhong)(zhong)都非常有价值。
有机微(wei)孔滤(lv)膜
虽然聚(ju)合物(wu)膜的(de)开(kai)发(fa)正在稳步进行,但(dan)具有优异化学(xue)和物理性质、高可(ke)调性(xing)和可重复使用性的无机膜也越来越受到关注。陶(tao)瓷(ci)膜在无机膜领域(yu)中的应(ying)用超过八成,且还在快速增长中,其具有化(hua)学性质(zhi)稳定、机械性能优异(yi)、耐高温、易清洗等优点。更重要的是(shi),陶瓷膜不易受细菌的(de)破坏,而细菌(jun)是大多数聚(ju)合物(wu)膜(mo)生物(wu)污损及降(jiang)解的原因。因此,陶瓷膜(mo)在(zai)冶金(jin)、石油化(hua)工、生物(wu)工程(cheng)、食品、医药(yao)、环保等(deng)工业领域有着广泛(fan)地应用(yong)(yong),可用(yong)(yong)于工艺过程(cheng)中(zhong)的分离、纯化(hua)、除菌(jun)、除盐等(deng)。
陶瓷膜(mo)的分类
按照(zhao)结构特(te)点(dian)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)可分为(wei)两种(zhong):对称(cheng)(cheng)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)和非(fei)对称(cheng)(cheng)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)。对称(cheng)(cheng)性(xing)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)物理结构在(zai)各个方(fang)向是(shi)(shi)一(yi)致的(de)(de)(de),在(zai)所有(you)方(fang)向的(de)(de)(de)孔隙率(lv)也相似。非(fei)对称(cheng)(cheng)性(xing)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)孔径由底部到(dao)顶端(duan)从大(da)到(dao)小变(bian)化。在(zai)实(shi)际(ji)工业生(sheng)产(chan)中,人们希望使用过滤精度高(gao)且渗(shen)透通量大(da)的(de)(de)(de)陶(tao)瓷(ci)膜(mo),因此制备工业应用价值高(gao)的(de)(de)(de)非(fei)对称(cheng)(cheng)性(xing)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)成为(wei)研究的(de)(de)(de)重点(dian)。非(fei)对称(cheng)(cheng)性(xing)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)一(yi)般由三层组(zu)成,第一(yi)层是(shi)(shi)支撑体层,厚(hou)度在(zai)几毫米左右,具(ju)有(you)机械强(qiang)度高(gao),渗(shen)透通量大(da)的(de)(de)(de)特(te)点(dian);中间层也称(cheng)(cheng)为(wei)过渡层,厚(hou)度为(wei)10-100μm;膜分离层孔径较小,厚度一般在5-30μm,是陶瓷膜过滤分离的关键部位;这样的非对称三层膜结构能够保证陶瓷膜具有较高的机械强度和较大的渗透通量。
对称(cheng)膜(mo)(左)和非对称(cheng)膜(mo)(右)示(shi)意图
不(bu)对(dui)称陶瓷膜横(heng)截(jie)面的SEM图
陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)根据形状的不同(tong)可以分为管(guan)式陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)和平(ping)板(ban)陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)。管(guan)式陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)管(guan)壁密(mi)布微(wei)孔(kong),在压力作用下,原料液在膜(mo)管(guan)内或膜(mo)外侧流(liu)动小分子物(wu)质(或液体)透过膜,大分子物质(或固体)被膜截留,从而可以实现污染物的分离、浓缩、纯化。
平(ping)板(ban)陶瓷(ci)膜(mo)(mo)板(ban)面密布微(wei)孔,以膜(mo)(mo)两(liang)侧的(de)压力差(cha)为驱动(dong)力,膜(mo)(mo)作为过滤(lv)介质(zhi),在一定压力作用下,当原(yuan)液流(liu)过膜(mo)(mo)表面时,只(zhi)允许水、无机盐、小分子物(wu)质(zhi)透过膜(mo)(mo),而(er)阻(zu)止水中的(de)悬浮(fu)物(wu)、胶(jiao)体和微(wei)生物(wu)等大分子物(wu)质(zhi)通过,从(cong)而(er)实(shi)现分离。
碳化硅陶瓷膜结(jie)构(gou)
平板陶瓷膜是(shi)低压膜,有(you)很好的物理性能和(he)化(hua)学性能,制备和运行成本低,方便(bian)大规模应用。管(guan)式(shi)膜适用(yong)于超滤(lv)、微(wei)滤等膜分离技术,其优点是流道长、对料液(ye)的预处理精度(du)要(yao)求低、易于清洗(xi)、压力损失小、过(guo)滤效率高。
陶(tao)瓷膜(mo)的应用(yong)
和普通的过滤膜材料(liao)相比,陶瓷(ci)膜具有良好的材料(liao)性能,同时(shi)还具有机(ji)械强度高、渗(shen)透量大、分离(li)性能好、抗(kang)微生(sheng)物能力强、可反复(fu)使用(yong)等优良的性能,在多(duo)个领域应用(yong)广泛(fan),让我们一起(qi)看(kan)看(kan)陶瓷(ci)膜具体有哪些应用(yong)。
(1)在气体分离方面的应(ying)用(yong)
气(qi)体分(fen)离(li)是膜分(fen)离(li)技术中最(zui)具潜(qian)力的应用领(ling)域之一。目前,在气(qi)固分(fen)离(li)方面(mian)陶(tao)瓷膜过(guo)(guo)滤(lv)技术已(yi)应用于各种工(gong)业过(guo)(guo)程,如多晶硅产业、生物(wu)(wu)质气(qi)化(hua)、工(gong)业窑炉烟(yan)气(qi)净化(hua)和高温有(you)价粉体回收等等。例如山东工(gong)业陶(tao)瓷研究(jiu)设(she)计院有(you)限公司研发的脱硝除尘一体化(hua)装备,采用脱硝除尘陶(tao)瓷膜滤(lv)芯(xin)做为核(he)心元(yuan)件,可同时过(guo)(guo)滤(lv)颗粒物(wu)(wu),降解氮氧化(hua)物(wu)(wu)、二(er)氧化(hua)硫、去除二(er)噁英、有(you)机挥发物(wu)(wu)以及有(you)机有(you)毒空气(qi)污(wu)染物(wu)(wu)。
(2)在液体除菌过滤方面的(de)应用
陶(tao)(tao)瓷膜不仅应(ying)用于气体分离(li),也(ye)在液(ye)(ye)体除(chu)菌、资源和生态领域中(zhong)扮演着重要的角色。陶(tao)(tao)瓷膜应(ying)用于食品(pin)(pin)工(gong)(gong)业的液(ye)(ye)体除(chu)菌可(ke)以有效解(jie)决食品(pin)(pin)安全问题。陶(tao)(tao)瓷膜应(ying)用在软(ruan)饮料、奶(nai)制(zhi)品(pin)(pin)、酒类、纯净(jing)水(shui)的除(chu)菌过滤澄清中(zhong),和传统(tong)方(fang)式相比(bi),陶(tao)(tao)瓷膜具有良好的抗高(gao)温性能。在过滤除(chu)菌工(gong)(gong)作结(jie)束(shu)后,生产(chan)厂(chang)家(jia)可(ke)以利用高(gao)温蒸汽对过滤设(she)备进行(xing)全方(fang)位的消毒,这种消毒模式不仅可(ke)以保障(zhang)食品(pin)(pin)安全,同时也(ye)可(ke)以为(wei)厂(chang)家(jia)节约生产(chan)成本。
(3)在膜催化反应(ying)技术中的应(ying)用
陶瓷膜除了应(ying)(ying)用(yong)在物质分离外(wai),也可用(yong)于(yu)化学(xue)反应(ying)(ying)过程,可以实(shi)现反应(ying)(ying)-分离一体化。膜催化反应技术其优点在于利用膜的选择渗透性有选择的移去个别产物,从而使可逆反应的化学平衡向有利于产物的方向移动。该技术在化工行业应用较多。
(4)在废水处理(li)中的应(ying)用
由(you)于(yu)陶(tao)(tao)瓷(ci)膜的(de)稳定性(xing)较高(gao),一般(ban)不会同污水中(zhong)的(de)物质发生物理或者(zhe)化学(xue)反应,因(yin)此,陶(tao)(tao)瓷(ci)膜经常被应用于(yu)处理纺织印染(ran)废水、含油(you)废水、炼油(you)厂“三泥”水相、化工废水、生活污水、医疗废水、放射废水等。
结(jie)语(yu)
陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)相(xiang)对于有机聚合物膜(mo)有着更为优异(yi)的(de)(de)性(xing)能(neng),但目前陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)的(de)(de)生产成(cheng)本(ben)相(xiang)对较高,想要(yao)真(zhen)(zhen)正实(shi)现陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)技术(shu)的(de)(de)广(guang)泛应(ying)用,需要(yao)开(kai)发出性(xing)能(neng)完善(shan)和通(tong)量较高的(de)(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)材料,并不断降(jiang)低生产成(cheng)本(ben),以求(qiu)真(zhen)(zhen)正实(shi)现陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)技术(shu)在各(ge)领域的(de)(de)广(guang)泛应(ying)用。
参考来源:
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(3)简析陶瓷膜的发展和应用,王浩,王宁,李杰。
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(5)“膜(mo)”法世(shi)界(jie)——膜(mo)材料的发展与应用,杨畅,夏炎(yan)。
(6)膜(mo)生物反(fan)应(ying)技术在(zai)生活污水(shui)处理中的应(ying)用(yong)优势,徐黎黎。
(7)多孔碳化(hua)硅陶瓷膜分离技术(shu)的应用研(yan)究进展,余(yu)炎子,李传刚(gang),鄢恒(heng)飞,刘晓(xiao)锋,于少晖。
粉体圈小郑