陶瓷膜及其結構

陶瓷膜及其結構陶瓷膜及其結構陶瓷膜是以氧化鋁（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，小分子物質(zhì)（或液體）透過膜，大分子物質(zhì)（或固體顆粒、液體液滴）被膜截留從而達到料液不同成分的分離、濃縮和純化之目的。從結構上看，陶瓷膜一般由支撐體層、過渡層和膜層組成非對稱結構，其中支撐體層是構成陶瓷膜的主體結構，為膜層提供必要的機械強度，孔隙率較高、平均孔徑較大，是陶瓷膜機械強度、化學穩(wěn)定性等性能的主要決定因素；膜層是涂于過渡層表面經(jīng)燒結而成的一層致密陶瓷薄膜，其厚度通常在幾十微米，通過采用不同的陶瓷粉體材料與燒制工藝，可以對膜層的孔徑大小、孔徑分布等進行調(diào)節(jié)，從而控制陶瓷膜的過濾范圍、分離精度等功能指標；過渡層是膜層與支撐體層之間的一層過渡結構，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合。全球膜材料行業(yè)發(fā)展趨勢（一）技術方面膜材料技術未來發(fā)展的重點方向包括：推廣應用領域包括海水淡化和苦咸水淡化；處理微污染水，保證飲水安全；實現(xiàn)工業(yè)廢水和市政污水資源化；進軍新能源電池隔膜挑戰(zhàn)性領域；提升醫(yī)療用膜和醫(yī)用檢測膜水準；加強重大技術設備的核心膜開發(fā)。與此相適應，未來各國將開發(fā)適用于重點應用領域的高性能膜的規(guī)?；圃旒夹g，實現(xiàn)膜組器的優(yōu)化和革新，建設以膜技術為核心的處理工程。（二）產(chǎn)品方面膜材料產(chǎn)品種類繁多，應用領域極廣，而目前全球各類膜材料組件產(chǎn)品中，反滲透膜主要用于海水脫鹽及超純水的制造，而主要用于污水、廢水處理及循環(huán)利用、給水凈化以及海水淡化預處理等領域的超濾、納濾膜材料也占了較大比重，膜材料的諸多應用潛力尚未完全開發(fā)。未來，隨著膜產(chǎn)品多元化及技術多元化，產(chǎn)品的應用領域也將變得越來越廣泛。陶瓷膜分離性能和工程設計進一步創(chuàng)新陶瓷膜在技術上具有比有機膜更好的過濾性能及更長的使用壽命，成本是影響其在水處理中大規(guī)模應用的重要原因之一。隨著陶瓷膜分離性能和工程設計上的進一步創(chuàng)新，尤其是新的陶瓷膜制備工藝（如相轉(zhuǎn)化法和新的燒結工藝）的應用，價格更低、過濾效率更高、性能更優(yōu)異的陶瓷膜將會出現(xiàn)，進而推動陶瓷膜的應用發(fā)展。陶瓷膜材料陶瓷膜是以氧化鋁（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。陶瓷膜的PH耐受范圍更廣、耐溫極限更高，化學兼容性更大，可耐壓3Mpa以上，且克服了有機膜在耐有機溶劑、機械強度等方面的不足，是當之無愧的高性能膜材料。作為一種無機新型高效分離材料，由于制備技術要求較高，在我國的發(fā)展時間短，技術成熟度和認識程度尚需提升。但由于陶瓷膜能夠更好地適應過程工業(yè)及特種水處理等苛刻環(huán)境或復雜條件下的膜分離應用，且考慮到陶瓷膜市場滲透率低，未來該領域仍有較大發(fā)展空間。與傳統(tǒng)過濾分離技術相比，陶瓷膜具有以下特點和優(yōu)勢：化學穩(wěn)定性極佳，能夠耐強酸、耐強堿、耐有機溶劑、耐氧化；耐高溫、耐菌，抗污染性好；機械強度高，耐磨性好；孔徑分布窄，分離精度高，可達到納米級過濾；易清洗，可在線通過藥劑或高溫消毒，可反向沖洗；膜再生性能好，使用壽命長。陶瓷膜各細分領域具體應用情況與前景2010-2012年，合計安裝了約2萬平方米，行業(yè)普及率超過60%，預計2016-2018年氨基酸行業(yè)新增產(chǎn)能和傳統(tǒng)工藝改造可形成約4萬平方米的陶瓷膜材料需求。（一）生物制藥行業(yè)截至2013年底，行業(yè)的普及率約為20%；2014年，在生物醫(yī)藥領域新安裝與更換的陶瓷膜約為2．6萬平方米，約占全年陶瓷膜安裝總量的49．1%。（二）天然產(chǎn)物提取行業(yè)該行業(yè)對陶瓷膜的總需求容量預計將超過7萬平方米。2014年化工與石化領域安裝陶瓷膜面積與2013年1．14萬平方米基本持平，約占全年陶瓷膜安裝總量的21．5%。（三）食品飲料2014年安裝陶瓷膜面積約為0．75萬平方米，同比增幅超過15%，約占全年陶瓷膜安裝總量的14．2%。市場占有率有望逐步提高，成為未來污水處理及回用的主流工藝之一。我國原油產(chǎn)量保持平穩(wěn)增長態(tài)勢，2015年產(chǎn)量已達2．15億噸，陶瓷膜工藝在該領域?qū)⒕哂袕V闊市場空間。機陶瓷膜行業(yè)發(fā)展趨勢陶瓷膜也被稱為無機陶瓷膜，是以氧化鋁（Al2O3）、氧化鋯（ZrO2）和氧化鈦（TiO2）等粉體為原材料，采用特殊工藝制備而形成的非對稱膜。陶瓷膜具有良好的化學穩(wěn)定性、耐酸耐堿性、機械強度大、耐高溫、分離率高等優(yōu)良特征，在食品工業(yè)、環(huán)境工程、生物工程、石油化工、冶金等多個領域得到廣泛應用。我國陶瓷膜的起步時間比較晚，在發(fā)展初期無法與國外產(chǎn)品競爭，但經(jīng)過多年發(fā)展，國產(chǎn)陶瓷膜企業(yè)憑借價格競爭力、產(chǎn)品適用性及全過程服務等優(yōu)勢開始逐步實現(xiàn)進口替代。與其他膜產(chǎn)品相比，陶瓷膜的價格相對較高，但是陶瓷膜憑借著良好的產(chǎn)品性能受到下游用戶的歡迎，其具有較強的競爭力，具體表現(xiàn)為兩個方面：一方面，陶瓷膜具有較長的使用壽命，主要是因為產(chǎn)品的機械強度高以及耐高溫耐酸堿的特性免去膜組件的高頻率更換;另一方面，陶瓷膜的膜通量比普通有機膜高近五倍，具備很高的處理效率。中國膜材料經(jīng)濟環(huán)境國民經(jīng)濟的持續(xù)增長是促進膜材料市場發(fā)展的重要推動力。當前，我國經(jīng)濟以五大發(fā)展理念為引領，深入推進供給側(cè)結構性改革，經(jīng)濟運行穩(wěn)中有進、穩(wěn)中向好。經(jīng)濟規(guī)模的穩(wěn)步擴大和平穩(wěn)運行，為膜材料市場提供更大的發(fā)展空間。2018年，中國經(jīng)濟平穩(wěn)運行，韌性很強，生產(chǎn)需求總體平穩(wěn)，國內(nèi)生產(chǎn)總值900309億元，按可比價格計算，比上年增長6．6%，實現(xiàn)了6．5%左右的預期發(fā)展目標。分季度看，一季度同比增長6．8%，二季度增長6．7%，三季度增長6．5%，四季度增長6．4%。分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)增加值64734億元，比上年增長3．5%；第二產(chǎn)業(yè)增加值366001億元，增長5．8%；第三產(chǎn)業(yè)增加值469575億元，增長7．6%。中國膜材料行業(yè)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀漢代時期，人們發(fā)明了用鉛作助溶劑的低溫鉛釉。到了唐宋時代，中國人的彩釉工藝達到了頂峰。釉涂層不僅是漂亮的裝飾層，而且增加了陶瓷器的機械強度，還使其不易污染，便于清洗。我國現(xiàn)代化膜材料技術研究始于20世紀50年代，主要集中在有機分離膜材料的研究上。1958年，中國化學研究所研發(fā)出我國第一張現(xiàn)代化膜材料—聚乙烯醇離子交換膜。20世紀初，中國海洋大學閔學頤教授和中科院化學所朱秀昌先生帶領的研究小組開始探索研究反滲透膜，經(jīng)1967年全國海水淡化會戰(zhàn)，首次制備出我國的反滲透（RO）膜—醋酸纖維素膜，為我國現(xiàn)代化膜材料科學技術發(fā)展打下了良好的基礎。20世紀70年代，中國膜材料技術進入了早期發(fā)展階段，膜材料與膜材料相關產(chǎn)業(yè)得到初步發(fā)展，如電滲析、反滲透、超濾和微濾等。在20世紀80年代，發(fā)展步入繁榮期，新的膜材料不斷涌現(xiàn)，新的應用領域持續(xù)拓展。膜法水處理技術被投入使用，如海水淡化、純水生產(chǎn)、液體提純和