-
鄒小姐：13326633089 -
-
cac_sales@sina.com 
快速工業化造成的環境問題是人類在本世紀面臨的重要威脅之一，這里面就包括了水污染問題。水是大多數工業過程都不可或缺的重要資源，因此廢水的產生在各行各業都是不可避免的，隨著經濟的飛速發展，工業和市政污水排放也以同樣的速度增長。為了滿足人口不斷增長帶來的用水需求，我們需要凈化和回收廢水。
污水處理圖
膜分離技術是可以分離污染物以緩解環境壓力的新興技術，具有低能耗、易于擴大規模、與其他工藝的混合度高、能連續高強度和自動化操作等優點。而在實際的應用場景中，膜必須能夠耐受所處分離環境，當施加壓力差作為分離驅動力時，膜應該在分離過程中保持良好的機械剛性和對施加應力的穩定性，此外膜材料必須具有一定的化學穩定性，以避免其在有機溶劑或強酸強堿的作用下發生溶解或腐蝕等現象。當然溫度穩定性也是膜耐受高進料操作溫度和避免損壞的重要因素。
膜的種類
根據膜材料的不同，主要分為有機聚合物膜、無機膜和復合膜。有機聚合物膜的優點是成本低、良好的選擇性和易加工性，這些優點使得有機聚合物膜在膜分離技術市場中占有最大份額，在工業規模應用和學術研究中都非常有價值。
有機微孔濾膜
雖然聚合物膜的開發正在穩步進行，但具有優異化學和物理性質、高可調性和可重復使用性的無機膜也越來越受到關注。陶瓷膜在無機膜領域中的應用超過八成，且還在快速增長中，其具有化學性質穩定、機械性能優異、耐高溫、易清洗等優點。更重要的是，陶瓷膜不易受細菌的破壞，而細菌是大多數聚合物膜生物污損及降解的原因。因此，陶瓷膜在冶金、石油化工、生物工程、食品、醫藥、環保等工業領域有著廣泛地應用，可用于工藝過程中的分離、純化、除菌、除鹽等。
陶瓷膜的分類
按照結構特點陶瓷膜可分為兩種：對稱陶瓷膜和非對稱陶瓷膜。對稱性陶瓷膜物理結構在各個方向是一致的，在所有方向的孔隙率也相似。非對稱性陶瓷膜孔徑由底部到頂端從大到小變化。在實際工業生產中，人們希望使用過濾精度高且滲透通量大的陶瓷膜，因此制備工業應用價值高的非對稱性陶瓷膜成為研究的重點。非對稱性陶瓷膜一般由三層組成，第一層是支撐體層，厚度在幾毫米左右，具有機械強度高，滲透通量大的特點；中間層也稱為過渡層，厚度為10-100μm；膜分離層孔徑較小，厚度一般在5-30μm，是陶瓷膜過濾分離的關鍵部位；這樣的非對稱三層膜結構能夠保證陶瓷膜具有較高的機械強度和較大的滲透通量。
對稱膜（左）和非對稱膜（右）示意圖
不對稱陶瓷膜橫截面的SEM圖
陶瓷膜根據形狀的不同可以分為管式陶瓷膜和平板陶瓷膜。管式陶瓷膜管壁密布微孔，在壓力作用下，原料液在膜管內或膜外側流動小分子物質(或液體)透過膜，大分子物質(或固體)被膜截留，從而可以實現污染物的分離、濃縮、純化。
平板陶瓷膜板面密布微孔，以膜兩側的壓力差為驅動力，膜作為過濾介質，在一定壓力作用下，當原液流過膜表面時，只允許水、無機鹽、小分子物質透過膜，而阻止水中的懸浮物、膠體和微生物等大分子物質通過，從而實現分離。
碳化硅陶瓷膜結構
平板陶瓷膜是低壓膜，有很好的物理性能和化學性能，制備和運行成本低，方便大規模應用。管式膜適用于超濾、微濾等膜分離技術，其優點是流道長、對料液的預處理精度要求低、易于清洗、壓力損失小、過濾效率高。
陶瓷膜的應用
和普通的過濾膜材料相比，陶瓷膜具有良好的材料性能，同時還具有機械強度高、滲透量大、分離性能好、抗微生物能力強、可反復使用等優良的性能，在多個領域應用廣泛，讓我們一起看看陶瓷膜具體有哪些應用。
（1）在氣體分離方面的應用
氣體分離是膜分離技術中最具潛力的應用領域之一。目前，在氣固分離方面陶瓷膜過濾技術已應用于各種工業過程，如多晶硅產業、生物質氣化、工業窯爐煙氣凈化和高溫有價粉體回收等等。例如山東工業陶瓷研究設計院有限公司研發的脫硝除塵一體化裝備，采用脫硝除塵陶瓷膜濾芯做為核心元件，可同時過濾顆粒物，降解氮氧化物、二氧化硫、去除二噁英、有機揮發物以及有機有毒空氣污染物。
（2）在液體除菌過濾方面的應用
陶瓷膜不僅應用于氣體分離，也在液體除菌、資源和生態領域中扮演著重要的角色。陶瓷膜應用于食品工業的液體除菌可以有效解決食品安全問題。陶瓷膜應用在軟飲料、奶制品、酒類、純凈水的除菌過濾澄清中，和傳統方式相比，陶瓷膜具有良好的抗高溫性能。在過濾除菌工作結束后，生產廠家可以利用高溫蒸汽對過濾設備進行全方位的消毒，這種消毒模式不僅可以保障食品安全，同時也可以為廠家節約生產成本。
（3）在膜催化反應技術中的應用
陶瓷膜除了應用在物質分離外，也可用于化學反應過程，可以實現反應-分離一體化。膜催化反應技術其優點在于利用膜的選擇滲透性有選擇的移去個別產物，從而使可逆反應的化學平衡向有利于產物的方向移動。該技術在化工行業應用較多。
（4）在廢水處理中的應用
由于陶瓷膜的穩定性較高，一般不會同污水中的物質發生物理或者化學反應，因此，陶瓷膜經常被應用于處理紡織印染廢水、含油廢水、煉油廠“三泥”水相、化工廢水、生活污水、醫療廢水、放射廢水等。
結語
陶瓷膜相對于有機聚合物膜有著更為優異的性能，但目前陶瓷膜的生產成本相對較高，想要真正實現陶瓷膜技術的廣泛應用，需要開發出性能完善和通量較高的陶瓷膜材料，并不斷降低生產成本，以求真正實現陶瓷膜技術在各領域的廣泛應用。
參考來源：
（1）基于轉移法的氧化鋁陶瓷膜制備與結構優化，朱霨亞。
（2）陶瓷膜在廢水處理領域中的研究進展，張詩洋，單歷元，廖松義，朋小康，劉榮濤，閔永剛。
（3）簡析陶瓷膜的發展和應用，王浩，王寧，李杰。
（4）超細球形氧化鋁制備陶瓷超濾膜及應用污水處理的研究，羅盼。
（5）“膜”法世界——膜材料的發展與應用，楊暢，夏炎。
（6）膜生物反應技術在生活污水處理中的應用優勢，徐黎黎。
（7）多孔碳化硅陶瓷膜分離技術的應用研究進展，余炎子，李傳剛，鄢恒飛，劉曉鋒，于少暉。
粉體圈小鄭
