相较于传统聚合物分离膜材料,陶瓷膜具有化学稳定性好,能耐酸、耐碱;机械强度大,可反向冲洗;抗微生物能力强;耐高温;孔径分布窄、分离等优点,在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域得到了广泛的应用,其市场销售额以30%的年增长率发展着。陶瓷膜的不足之处在于造价较高、无机材料脆性大、弹性小、给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难等。
由于行业技术门槛较高,国内能够生产无机陶瓷膜及成套装备的企业数量很少,具备规模化生产能力且产品品质稳定的企业更是十分稀少,导致行业内产能和市场份额都集中在少数公司中。然而由于陶瓷膜作为一个新兴产品在我国的发展时间还比较短,所以下游应用的普及率还有待进一步提升。而且根据陶瓷膜的技术性能,还有很多领域等待开发,未来市场的潜在空间还很大。
陶瓷纤维不仅具有陶瓷材料固有的耐高温、化学稳定性好、使用寿命长等特点,还兼具了纤维材料的高孔隙率、高比表面积等优点,陶瓷纤维在制膜过程中,由于本身纤维形状特点,纤维之间杂乱无章的堆积,形成高孔隙率,总孔隙率高能够超过70%,而以陶瓷纤维构建的分离膜的总孔隙率高可接近陶瓷粒子分离膜的2倍,有效提高膜通量及降低渗透阻力。
研究者以二氧化钛纳米纤维为原料,采用浸浆法在氧化铝支撑体上制备双层TiO2膜,通过在纤维层中添加溶胶促进纤维之间的粘结,减少了缺陷孔的产生,在烧结温度480℃下制得了纯水通量为1000L/m2.h.bar,截留分子量为32000,膜的性能远远超过传统陶瓷膜。
天然沸石具有特殊的多孔结构、发达的比表面、丰富的表面羟基,而且我国天然沸石储量丰富、价格低廉,因此将天然沸石加工成陶瓷分离膜,不仅可以降低分离膜的生产成本,而且可以为陶瓷膜的制备提供新的选择。
例如以天然沸石为主料,通过挤压成型法制备了天然沸石陶瓷膜支撑体,平均孔径为6.6μm,孔隙率达到46%,然后通过浸浆法在支撑体表面分别涂覆粒径为2.1μm和0.5μm的天然沸石悬浮液,制得平均孔径分别为0.6μm和0.1μm的过渡层和顶层膜,整个非对称陶瓷膜的纯水通量达到了187L/ m2.h.bar。
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