多孔陶瓷薄膜

陶瓷无机膜的发展始于20世纪美国科学家首次采用多孔陶瓷膜来分离腐蚀性极强的UF6同位素。由于SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiC、UC等无机硅酸盐材料制备的无机膜具有聚合物有机薄膜无法比拟的优越性，21世纪起，无机陶瓷薄膜的开发和应用研究得到了更进一步的发展，除了传统的核工业、航空航天、食品工业、化工、生物等工业，在环境领域的应用和发展特别引起了******各国的重视。

这种用于微滤、超滤、纳滤用的多孔陶瓷薄膜是一种进行物质分离和能量传输的中间介质隔膜，薄膜根据实际需要制成所需孔径(微米级、亚微米级和纳米级微孔)，所有薄膜都有界定的阻断过滤值，如超滤（用于对诸如乳胶浊液的清理、************和其它化学物质的纯化）和纳滤(用于固化微生物和细胞的生物陶瓷载体，固化后的生物膜用来生产如蛋白和疫苗这样的生物活性物质)。薄膜中间隔有一或数层多孔陶瓷体，用特别的工艺镀膜在粗糙的多孔陶瓷基体上，陶瓷基体可以是多种形状的平面或管道，其制备依据分离要求可用溶胶－凝胶工艺、发泡工艺、有机泡沫浸渍工艺、添加造孔剂工艺等备制。分离膜两边的物质粒子由于尺寸大小、扩散系数或溶解度的差异等，在一定力差、浓度差、电位差或化学位差的驱动下发生传质过程。传质速率的不同会导致选择性透过，进而引起混合物的分离。

我司拥有目前******上已知的纳米陶瓷镀膜工艺技术，包括溶胶镀膜技术。常规的涂层技术如浸涂、喷涂、旋转涂等也可用来制作溶胶薄膜，然后通过烧制或固化将这层溶胶薄膜转化成陶瓷膜。各种镀膜技术适合不同产品用途，含水多的溶胶镀膜技术生成一种所谓的胶态溶液，其离散颗粒受表面荷质比影响非常稳定。溶胶层在4000C－6000C温度烧制，可以生成TiO2、ZrO2和γ－Al2O3这样的间隙多孔薄膜，非常适合超过滤用途。通过可控水解生成带自由羟基的齐聚物聚合溶液，这种生成过程可以通过加入一定量的水或加入某种抑制水分解的络合剂来实现，羟基通过缩聚作用在2000C－5000C度时固化，形成陶瓷微孔网状系统。由此可制成适用于纳滤和纳米级气体分离的TiO2、ZrO2、Al2O3和SiO2无定形微孔陶瓷膜。

多孔陶瓷载体是上述三种陶瓷过滤膜的基础，并决定过滤组件的形状和陶瓷膜面积大小。我司开发的过滤组件在高至4500C的温度和60巴大气压的环境下能完全正常工作，可用各种酸碱液或蒸汽高温冲洗。这些陶瓷载体通过不同生产工艺制造出平板形、毛细管形、单孔道、多孔管道等。平板载体厚度1mm，需要时可用陶瓷粘接技术将多个盘形体层黏在一起。毛细管陶瓷载体的直径可小至1.1mm。多孔管道陶瓷载体的尺寸大小不一(22孔道载体的标准尺寸为宽101mm，厚6mm，孔道直径3mm)。载体的具体形状、尺寸大小取决于陶瓷薄膜面积和分离过滤用途，并与不锈钢套体结合一起使用。

我司研制开发的陶瓷薄膜在制备时是根据要过滤和分离物质的大小的具体需要特制成所需孔径和孔隙数量，故每一薄膜根据用途的不同而都有界定的阻断过滤值，即这种陶瓷薄膜的孔径和孔隙数量可根据用途不同在制备时予以调整。另外，陶瓷薄膜技术是以物理原理为基础的，无需化学品的辅助，没有二次污染，效率高，能耗低，操作简易。化学稳定性非常好，耐腐蚀、耐高温、结构造型稳定、机械强度高，能经受高速粒子粉尘的冲击，可在高压高温和腐蚀环境中应用，有利于提高流通量，并可有效地对陶瓷薄膜进行酸碱、高压反冲和高温蒸汽清洗。陶瓷膜的液相和气体分离成套工业应用设备已经成功应用在包括核工业、航空航天、食品工业、医药、环保、石油化工等众多实际工业领域中。

陶瓷薄膜在环保中的过滤和分离应用范围非常广。在对纺织或印染厂的有色废水经陶瓷薄膜净化过滤处理时，不仅可******各种有害化学物质，也可以对溶入水中的化学色剂分子进行分离回收并再次循环实用。薄膜陶瓷也可以通过将可溶金属离子转化成非溶性金属碳酸盐来减少工业废水中的重金属，当薄膜上的金属碳酸盐堆积到一定量时对其进行冲洗然后用另一过滤器回收，经济效益非常明显。

由于纳米孔径级陶瓷薄膜的发展和应用，使采用无机陶瓷薄膜对含低分子有机污染物、重金属离子、表面活性剂废水的处理成为可能。故薄膜陶瓷不仅在净化生活用水、处理工业用水和废水等环境治理方面，同时在冶金、化工、食品、医药、生物技术等领域都有着极好的市场应用前景。