平板陶瓷膜(plate ceramic membrane)是新一代陶瓷膜技术,采用Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC 等无机材料,利用中国千年传统烧结工艺制备而成。它主要是依据“物理筛分”理论,根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同,利用压力差为推动力,使小分子物质可以通过,大分子物质则被截留,从而实现它们之间的分离。平板陶瓷膜具有过滤面积大、分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势,将在人类面临的能源、资源、环境和健康等重要领域发挥关键作用,其应用市场涉及食品工业、化工与石油化工、生物医药、环保及能源等诸多领域。
结构
平板陶瓷膜(plate ceramic membrane)是新一代陶瓷膜技术,是以Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC等原料经一系列特殊工艺制作而成的具有多孔结构的分离材料,构成为多层非对称结构,由两层或两层以上的膜层构成,既形成一种无缺陷、具有良好分离功能的活性顶层,同时又减少膜的渗透阻力,保证平板陶瓷膜具有足够的机械强度和高的渗透通量。膜孔径涵盖超滤、微滤以及纳滤范围,其过滤孔径可根据可滤介质的不同在10纳米到10微米可调,孔径分布窄,并且膜
表
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面可用不同的材料进行修饰,增加过滤精度以及过滤通量。
特性
平板陶瓷膜具有化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、抗微生物能力强、分离精度高、机械强度大、易再生、使用寿命长等有机膜无法比拟的优点。
原理
自然界中能够作为膜的材料众多,按膜材质来分,可分为有机膜、无机膜及金属膜。平板陶瓷膜是由陶瓷制成的无机膜。其按孔径分为微滤、超滤和纳滤。分离过程可以看作是膜孔径大小相关的筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力,膜为过滤介质,在一定压力作用下当料液流过膜表面时,只允许水、无机盐、小分子物质透过膜,而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。膜的截留作用可归纳为筛分作用、架桥作用及吸附作用。
发展历程
膜分离技术已被国际上称为二十一世纪最具应用前景的高新技术之一,而陶瓷膜是膜技术的佼佼者,陶瓷膜的研究始于20世纪40年代,20世纪80年代初期成功地在法国的奶业和饮料业推广应用后,陶瓷膜分离技术和产业地位逐步确立。我国陶瓷膜的研究始于20世纪八十年代初,进入90年代,原国家科委对无机陶瓷膜的工业化技术组织了科技攻关,推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。国家“863”
计划
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也将“无机分离催化膜”项目列入其中。陶瓷膜主要分为平板、管式和多通道三种,管式膜由于其强度较差,已逐渐退出工业应用。而平板陶瓷膜以其过滤面积大、化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、抗微生物能力强、分离精度高、机械强度大、易再生、使用寿命长等优势居陶瓷膜之首,平板陶瓷膜生产技术工艺难度也相对较大,目前世界上研发并规模生产平板陶瓷膜的有德国ITN、日本明电舍和中国的澳水魔方(北京)环保科技有限公司,平板陶瓷膜的国产化大大降低了企业应用的成本,平板陶瓷膜在工业污水处理领域的无可比拟的卓越性将为中国环保行业开创新的局面,促进社会可持续发展。
应用
石油工业污水处理
在石油开采过程中,由于油田地质条件不同、注水水质不同等原因,采油废水的成分较
为复杂,除了含有原油、重金属外还含有化学添加剂等污染物。澳水魔方(北京)环保科技有限公司对某油田采油污水进行了处理试验,经过平板陶瓷膜处理过的采油废水的水质较为稳定,原油和悬浮物的含量均在l mg/L以下,去除率分别为98%和94%,浊度小于1NTU,去除率为97%,且对细菌的去除能力更强,几乎达到100%,经过平板陶瓷膜处理后的采油废水水质可达到A1级要求,完全满足油田注水水质要求。
印染工业污水处理
印染废水的成分较复杂,其中含有各种浆料、COD、残留漂白剂等污染物质,平板陶瓷膜机械性能好,渗透性强,可以较好地分离过滤印染废水中的污染物质。实验结果显示,印染废水经平板陶瓷膜处理后,出水的水质较为稳定,废水中COD含量在500 mg/L左右,色度为400倍左右,可以去除废水中90%的COD含量,色度去除率可达90%以上,处理效果非常理想。
造纸工业污水处理
造纸废水中的造纸黑液碱性大、浓度高,主要含有木质素、钠盐等碱性物质,其对分离膜的性能要求比较高,而平板陶瓷膜的耐酸碱性和耐高温性可以较好地处理造纸废液。实验结果显示,经平板陶瓷膜分离后,木质素、钠盐等碱性物质去除率达到90%以上,达到国家颁布的造纸工业污水排放
标准
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冶金工业污水处理
在冶金生产过程中,会产生重金属污水、含油污水以及采矿污水等冶金废水。平板陶瓷膜在分离过滤冶金废水时可以保持比较高的膜通量,处理过废水的平板陶瓷膜经过反冲洗,膜通量可以恢复,满足工业连续生产的要求。经对某钢厂冶金乳化液进行处理实验,有机金属离子及含油量的去除率达到99%以上,完全达到国标排放标准。
城镇生活污水处理
平板陶瓷膜对城镇生活污水处理结果表明COD去除率高达99.5%,氨氮和悬浮固体的去除率分别达到99.9%和100%,出水水质完全达到生活杂用水标准的全部要求。
农村生活用水净化
农村地下水污染严重,平板陶瓷膜可用于农村生活井水的处理,对重金属、致癌物质、微生物菌去除率达到99.9以上,完全可达国家颁布的饮用水标准。
平板陶瓷膜可广泛应用于各类工业污水处理及生活用水净化,是环保和水净化领域的高科技新材料。
技术前沿
陶瓷是我国古代的重大发明之一,是中国灿烂文明的重要组成部分。陶瓷制作工艺翘楚世界,陶瓷膜作为二十一世纪最卓越的材料之一,必将成为“中国创造”的核心产品。澳水魔方(北京)环保科技有限公司是国内首个研发生产平板陶瓷膜的企业,结合了德国ITN、日本明电舍产品的优势,利用中国传统陶瓷烧制工艺和现代先进的生产设备生产出的平板陶瓷膜,技术领先。孔径在10微为到10纳米可调,全面满足不同的污水处理及分离、净化需求,分离精度达到世界最优;大尺寸平板设计,通水量及强度比管式陶瓷膜有极大提高,满足大型污水处理需求,反冲洗清洁功能保证了生产的连续性;专利膜表面涂层使过滤精度和过滤通量等得到极大提升。为了让平板陶瓷膜应用更加简便易操作,澳水魔方研发了微集成膜组
件设备,通过配置不同数量的膜组件全面满足小型、中型、大型不同企业污水处理需求,安装简单,使用方便。
平板陶瓷膜的应用才刚刚起步,提升分离精度,拓展应用范围大有前途。
参考资料
板式陶瓷膜
微集成设备
《当代化工》第43卷第3期
浙公网安备 33021202002483