快速工(gong)(gong)业化造(zao)成(cheng)的(de)(de)环境问题是人(ren)类在本世纪面临(lin)的(de)(de)重(zhong)要威胁之一，这(zhei)里面就包括了(le)水(shui)(shui)污染问题。水(shui)(shui)是大多数工(gong)(gong)业过程都(dou)(dou)不(bu)可或缺的(de)(de)重(zhong)要资源，因此废水(shui)(shui)的(de)(de)产生在各行(xing)各业都(dou)(dou)是不(bu)可避免(mian)的(de)(de)，随着经济的(de)(de)飞速发展，工(gong)(gong)业和市政污水(shui)(shui)排放(fang)也以同样的(de)(de)速度增长(zhang)。为了(le)满(man)足人(ren)口不(bu)断增长(zhang)带来的(de)(de)用(yong)水(shui)(shui)需(xu)求，我们需(xu)要净化和回(hui)收废水(shui)(shui)。
污水处理图
膜分离技(ji)术是(shi)可(ke)以分离污染物以缓解环境(jing)压力的新兴技(ji)术，具(ju)有(you)低能耗、易于扩大(da)规模、与其(qi)他工艺的混合度高、能连续高强(qiang)度和自动化操(cao)作(zuo)等优点。而在(zai)实(shi)际的应(ying)(ying)用(yong)场景中，膜(mo)必须能够耐受所处分离(li)(li)环(huan)境，当施加压(ya)力差作(zuo)为分离(li)(li)驱动力时，膜(mo)应(ying)(ying)该在(zai)分离(li)(li)过程中保持良好(hao)的机(ji)械刚(gang)性和(he)对施加应(ying)力的(de)稳(wen)定性(xing)，此(ci)外膜材料必须具有一(yi)定的(de)化学(xue)稳定(ding)性，以避免其在(zai)有机溶剂或(huo)强酸强碱(jian)的作用下(xia)发生溶解或(huo)腐蚀等现象。当然(ran)温度稳定性(xing)也是(shi)膜耐受高进料操作温(wen)度和(he)避免损坏的重(zhong)要因素(su)。
膜的种类
根据膜(mo)材料的不同，主要分为有机聚合(he)物膜(mo)、无机膜(mo)和复合(he)膜(mo)。有机聚合(he)物膜(mo)的优(you)点是(shi)成本低、良好的(de)选择性和易(yi)加工性(xing)，这些优点使得有机(ji)聚合(he)物膜在(zai)膜分离技(ji)术市场中占(zhan)有最大份额，在(zai)工业规(gui)模应用和学术研(yan)究中都非常有价值(zhi)。
有机(ji)微孔(kong)滤膜
虽然(ran)聚(ju)合物(wu)膜的开发正(zheng)在稳步进(jin)行，但具有(you)优(you)异化学和物理性(xing)质、高可调性(xing)和(he)可重复(fu)使用(yong)性的无机(ji)膜也越来越受(shou)到(dao)关注(zhu)。陶瓷膜在无机(ji)膜领域中(zhong)的应用(yong)超过(guo)八成，且还在快(kuai)速(su)增长中(zhong)，其具有化学性质稳(wen)定(ding)、机械性能优异、耐高温、易(yi)清洗(xi)等优点。更(geng)重要的是，陶瓷膜不易(yi)受(shou)细菌的破坏，而细(xi)菌是大多(duo)数聚合物膜(mo)生物污(wu)损及降解的原因。因此，陶(tao)瓷膜(mo)在冶金、石油化(hua)工、生物工程(cheng)、食品、医(yi)药、环保等(deng)(deng)工业领(ling)域有着广泛地应用(yong)，可用(yong)于工艺过程(cheng)中的分离、纯(chun)化(hua)、除菌、除盐等(deng)(deng)。
陶瓷(ci)膜的分(fen)类(lei)
按(an)照结构特点(dian)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜可分为(wei)两种：对(dui)(dui)称(cheng)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜和非(fei)对(dui)(dui)称(cheng)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜。对(dui)(dui)称(cheng)性(xing)(xing)(xing)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜物理结构在(zai)各个方向(xiang)是一致的(de)(de)，在(zai)所有(you)方向(xiang)的(de)(de)孔(kong)隙(xi)率也(ye)相似。非(fei)对(dui)(dui)称(cheng)性(xing)(xing)(xing)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜孔(kong)径(jing)由底部到顶端(duan)从大(da)到小(xiao)变(bian)化。在(zai)实际工业生产中，人们希望使用(yong)过滤精度高(gao)且渗透通(tong)量(liang)大(da)的(de)(de)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜，因(yin)此制备(bei)工业应用(yong)价(jia)值高(gao)的(de)(de)非(fei)对(dui)(dui)称(cheng)性(xing)(xing)(xing)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜成为(wei)研究的(de)(de)重点(dian)。非(fei)对(dui)(dui)称(cheng)性(xing)(xing)(xing)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)膜一般由三(san)层(ceng)组成，第(di)一层(ceng)是支撑(cheng)体层(ceng)，厚度在(zai)几毫米左右(you)，具有(you)机械强度高(gao)，渗透通(tong)量(liang)大(da)的(de)(de)特点(dian)；中间层(ceng)也(ye)称(cheng)为(wei)过渡层(ceng)，厚度为(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(dui)称(cheng)膜（左）和非对(dui)称(cheng)膜（右）示意图
不对称(cheng)陶(tao)瓷(ci)膜横截(jie)面的SEM图
陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)膜(mo)根据(ju)形状的不(bu)同(tong)可以分(fen)为管(guan)式陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)膜(mo)和(he)平(ping)板陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)膜(mo)。管(guan)式陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)膜(mo)管(guan)壁密布微孔，在压(ya)力作用下，原(yuan)料液在膜(mo)管(guan)内或膜(mo)外侧流动小(xiao)分(fen)子物质(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)膜板(ban)面密布微(wei)孔(kong)，以膜两侧的(de)压力(li)(li)差为驱动力(li)(li)，膜作(zuo)为过滤介质，在一(yi)定压力(li)(li)作(zuo)用下(xia)，当(dang)原(yuan)液(ye)流过膜表面时(shi)，只允(yun)许(xu)水、无机盐、小分(fen)子(zi)物(wu)质透(tou)过膜，而阻止水中的(de)悬浮物(wu)、胶体和微(wei)生物(wu)等大(da)分(fen)子(zi)物(wu)质通过，从而实现分(fen)离。
碳化硅(gui)陶(tao)瓷膜结构
平板陶瓷膜是低压膜，有很好的物理(li)性能和化学(xue)性能，制(zhi)备和运行成本(ben)低，方便(bian)大规模应用。管式膜适用于超滤、微滤等膜分离技(ji)术，其(qi)优点是流(liu)道(dao)长、对料液(ye)的(de)预处理精度(du)要求低、易于清(qing)洗、压(ya)力(li)损失小、过滤效率(lv)高。
陶瓷膜的(de)应用
和普通(tong)的(de)(de)过滤膜(mo)材(cai)料(liao)相比，陶瓷膜(mo)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)材(cai)料(liao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，同时还具(ju)有(you)机(ji)械(xie)强度高、渗透量大(da)、分离性(xing)(xing)能(neng)(neng)好(hao)、抗微(wei)生物能(neng)(neng)力强、可反(fan)复使用等(deng)优良(liang)的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，在(zai)多个领域应(ying)用广泛，让(rang)我们一(yi)起看看陶瓷膜(mo)具(ju)体有(you)哪(na)些(xie)应(ying)用。
（1）在气体分离方面的应用
气体(ti)分(fen)(fen)离是膜分(fen)(fen)离技术中(zhong)最具潜(qian)力的应用领域之(zhi)一(yi)。目前，在气固(gu)分(fen)(fen)离方(fang)面陶(tao)瓷(ci)膜过(guo)滤技术已(yi)应用于各种工(gong)(gong)业过(guo)程，如多晶硅产业、生(sheng)物质气化(hua)、工(gong)(gong)业窑炉烟气净化(hua)和高温有(you)价(jia)粉(fen)体(ti)回(hui)收等(deng)等(deng)。例如山东(dong)工(gong)(gong)业陶(tao)瓷(ci)研究设(she)计院有(you)限公司研发的脱硝除尘一(yi)体(ti)化(hua)装备(bei)，采用脱硝除尘陶(tao)瓷(ci)膜滤芯(xin)做为(wei)核心元件，可同时过(guo)滤颗粒(li)物，降解氮氧化(hua)物、二(er)氧化(hua)硫、去除二(er)噁英、有(you)机(ji)挥发物以及有(you)机(ji)有(you)毒空气污染(ran)物。
（2）在液体(ti)除菌过滤方面的应用
陶(tao)瓷(ci)膜不仅应用(yong)于(yu)气(qi)体(ti)分离，也在液体(ti)除菌、资(zi)源(yuan)和生态(tai)领域中扮演着重要(yao)的(de)(de)角色。陶(tao)瓷(ci)膜应用(yong)于(yu)食品(pin)(pin)工(gong)业的(de)(de)液体(ti)除菌可以(yi)有效解决食品(pin)(pin)安全(quan)问题。陶(tao)瓷(ci)膜应用(yong)在软(ruan)饮料、奶制(zhi)品(pin)(pin)、酒类、纯净水的(de)(de)除菌过滤(lv)澄清中，和传(chuan)统方(fang)式相比，陶(tao)瓷(ci)膜具(ju)有良好的(de)(de)抗高(gao)温性能。在过滤(lv)除菌工(gong)作结束后，生产(chan)厂家(jia)可以(yi)利(li)用(yong)高(gao)温蒸汽对(dui)过滤(lv)设备(bei)进(jin)行全(quan)方(fang)位的(de)(de)消(xiao)毒(du)(du)，这种(zhong)消(xiao)毒(du)(du)模式不仅可以(yi)保障食品(pin)(pin)安全(quan)，同时也可以(yi)为厂家(jia)节约生产(chan)成本。
（3）在膜催化反应技术中的应用(yong)
陶(tao)瓷膜除了应用(yong)在物质分离外(wai)，也可用(yong)于(yu)化学反应过程，可以实现反应-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）在废水处理中(zhong)的应用
由于陶瓷(ci)膜(mo)的稳定性较高，一般不(bu)会同(tong)污(wu)水中的物(wu)质发生物(wu)理或者化学(xue)反应(ying)，因(yin)此，陶瓷(ci)膜(mo)经常被应(ying)用(yong)于处(chu)理纺(fang)织印染废水、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。
结语(yu)
陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)(mo)(mo)相对(dui)于(yu)有机聚合物膜(mo)(mo)(mo)有着更为优异的(de)(de)(de)性能，但(dan)目前陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)生(sheng)产成本相对(dui)较高，想要(yao)真(zhen)正实现陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)(mo)(mo)技术(shu)的(de)(de)(de)广泛应用，需(xu)要(yao)开发出性能完善和通量(liang)较高的(de)(de)(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)(mo)(mo)材料，并不断降低生(sheng)产成本，以求真(zhen)正实现陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)(mo)(mo)技术(shu)在各(ge)领域的(de)(de)(de)广泛应用。
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粉体圈小郑
