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2022-08-30 16:01:19

陶瓷膜(ceramicmembrane)也被称为无机陶瓷薄膜,是由无机陶瓷材料通过特殊工艺制成的不对称薄膜。陶瓷膜分为管状陶瓷膜和平板陶瓷膜。请注意,“CT膜”它不是陶瓷薄膜的别名。这个头衔实际上是非专业人士对陶瓷薄膜英文缩写的错误表达。管状陶瓷薄膜管壁密集布有微孔。在压力作用下,原料液流入膜管内部或膜外,小分子物质(或液体)通过膜,大分子物质(或固体)被膜截留,从而分离.浓缩.目的是纯化和环保。

平板陶瓷薄膜板表面有密集的微孔。根据一定的膜孔径范围,渗透材料的分子直径不同,膜两侧的压差为驱动力,膜为过滤介质,在一定压力下,当材料液体通过膜表面时,只允许水.无机盐.小分子物质通过薄膜,防止悬浮物在水中.大分子物质,如胶水和微生物,通过。陶瓷膜具有高分离效率.效果稳定.良好的化学稳定性.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.操作维护简单.许多优点,如使用寿命长,已成功应用于食品中.饮料.植物(药)物深加工.生物医药.发酵.许多领域,如精细化工,可用于工艺过程中的分离.澄清.纯化.浓缩.除菌.除盐等。

陶瓷膜分离工艺是一种“错流过滤”形式流体分离过程:原料液在膜管内高速流动。在压力驱动下,含有小分子成分的澄清渗透液沿垂直方向向外穿透膜,含有大分子成分的混浊浓缩液被膜截留,从而分离流体.浓缩.纯化的目的。

浙江坚膜科技有限公司,表示陶瓷膜的孔隙率为30%~50%.孔径50nm~15μm由溶胶凝胶法或其他工艺制成的不对称复合膜。用于分离的陶瓷薄膜的结构通常是三明治式的:支撑层(也称为载体层).过渡层(也称中间层).膜层(也称分离层)。支撑层的孔径一般为1~20μm,孔隙率为30%~65%,其功能是增加膜的机械强度;中间层的孔径小于支撑层的孔径,其功能是防止颗粒在膜制备过程中渗透到多孔支撑层,厚度约为20~60μm,孔隙率为30%~40%;膜层具有分离功能,孔径从0.8nm~1μm厚度约为3~10μm,孔隙率40%~55%。从支撑层到膜层,整个膜的孔径分布逐渐减小,形成不对称的结构分布。

多孔膜

多孔陶瓷薄膜的结构主要包括平板.有三种管式和多通道,其中平板膜主要用于小规模工业生产和实验室研究。管膜的组合形成类似于管式换热器的形式,可以增加膜填充面积,但由于其强度问题,已逐渐退出工业应用。大规模应用的陶瓷膜通常采用多通道结构,即多通道分布在一个圆形截面上,一般通道数为7.19.37等。无机陶瓷膜的主要制备技术包括:固体颗粒烧结载体和微滤膜.超滤和纳滤膜采用溶胶凝胶法制备.玻璃膜采用分相法制备.特殊技术(如化学气相沉积).制备微孔膜或致密膜等,其基本理论涉及胶体和表面化学的材料学科.材料化学.固态离子学.材料加工等。

多孔陶瓷膜具有优异的耐高温性.耐溶剂.高耐酸碱性能和机械强度.容易再生等优点,在食品中.生物.化工.广泛应用于能源和环境保护领域。一个研究小组主要以氧化铝和特殊烧结促进剂为原料,在1400℃系统深入研究了燃烧温度下制备的支撑体,获得了渗透性能.支撑体具有统一的力学性能和耐腐蚀性。它们还旨在预测支撑体的孔结构的原材料性质,基于支撑体的制备过程和微观结构,建立了支撑体的原材料性质和孔隙率.孔径分布之间的计算方法为特定孔结构支撑体的定量制备提供了理论依据。

过滤膜

2004年8月,北京迈盛普科技有限公司和山东鲁康制药有限公司开发的陶瓷薄膜过滤系统成功分离和净化了一种抗生素,不仅优化了这种抗生素的生产工艺,而且提高了15%的抗生素产量。这是中国首次将陶瓷薄膜技术应用于抗生素生产。抗生素的分离和净化必须经过发酵液的过滤,并与过滤后的药物交换树脂。许多抗生素制造商使用真空滚筒过滤器来分离和净化氨基糖苷抗生素发酵液。这一过程需要首先将发酵液酸化到一定程度pH值,然后使用铺设辅助过滤层的真空滚筒过滤器进行预过滤,然后使用板框进行再过滤和树脂交换。这一过程不仅过程繁琐,而且活性成分的产量较低。仅过滤和树脂交换过程的产量损失就达到30%。

而运用“迈胜普”与“鲁抗”共同开发的陶瓷薄膜过滤系统可以分离和净化一些抗生素,但在过滤过程中可以增加近5%的活性成分损失,在树脂交换过程中可以增加10%以上。西方发达国家在食品工业.石油化工.环境保护.膜技术在生化制药等许多领域的应用越来越广泛,用无机材料制成的滤膜的发展前景可能优于有机滤膜。对于许多抗生素制造商来说,面对抗生素政策性降价和抗生素限制销售的双重压力,通过创新工艺提高产品产量和质量是降低成本的明智选择。然而,通过陶瓷薄膜技术改进现有的抗生素分离和净化工艺可能会降低成本.突破口提高效益。

包装膜

在食品包装领域,具有高功能和良好的环保适应性的透明涂层陶瓷薄膜引起了人们的关注。虽然这种薄膜的价格较高,物理性能有待进一步提高,但预计在不久的将来,它将在食品包装材料中发挥重要作用。陶瓷薄膜的加工涂层方法与通常的金属镀层方法相似,基本按照已知的加工方法进行。陶瓷涂层PET(12μm)陶瓷(SiOx)成分。氧化硅可分为四类,即SiO.Si₃O₄.Si₂O₃.SiO₂。然而,在自然界中,它们通常是SiO₂形式存在,所以根据镀金的条件,它们变化很大。这种薄膜的主要要求是透明度好.优异的屏障.优异的耐蒸煮性.具有良好的微波性、环保性和机械性能。

镀陶瓷薄膜基本上可以在与镀铝薄膜相同的条件下制备。在制备过程中,仔细处理表层而不损坏涂层是非常重要的。由于这种薄膜是由氧化硅处理的,表面具有优异的润湿性,因此它可以广泛选择油墨或粘合剂,并且几乎可以与任何油墨或粘合剂亲和力。聚氨酯粘合剂是最理想的粘合剂,油墨可以根据用途随意选择,无需表面处理。然而,镀陶瓷薄膜和镀铝薄膜一样容易与聚乙烯复合PET当膜作为基材时,当氧化硅表面直接熔化聚乙烯高温涂层或复合材料时,容易延伸,从而破坏氧化硅表面层,导致屏障下降。同时,由于技术问题,PET在镀陶过程中,薄膜有时会卷曲,从而影响薄膜的质量。当然,这类问题正在得到解决。

镀陶瓷薄膜首先用作调味品的包装材料。其优异的包装性能引起了人们的关注。由于这种薄膜具有优良的保存性,特别适用于茶(樟脑)等易升华产品的挥发性材料的包装。由于其优良的屏障,除了作为高屏障包装材料和食品包装材料外.预计也可以作为微波容器上的盖子,用于调味品.精密机械零件.电子零件.药品和医疗器械用作包装材料。随着加工技术的进一步发展,如果这种膜的成本大大降低,它将得到迅速推广和应用。

电池膜

“863”固体氧化物燃料电池计划(SOFC)经过新型中温固体氧化物陶瓷膜燃料电池的长期开发,该项目开发和应用了陶瓷膜制备技术SOFC制作,把通常SOFC的高温(1000~900℃)延伸到中温阶段(700)~500℃)。中国科技大学无机薄膜研究所开发的一种新型中温陶瓷薄膜燃料电池,是一种以陶瓷薄膜为电解质的燃料电池。电池组件薄膜化后,电池的内阻降低,有用功率的输出增加,中温度降低到700,不需要高温~500℃。这种新型燃料电池继承了高温SOFC在降低成本的同时,这种陶瓷膜燃料电池具有广阔的应用前景。


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