無機膜應用領域備受關注
發(fā)布時間：
2023-05-04
無機膜具有耐高溫、耐化學腐蝕、機械強度高、抗微生物能力強、滲透量大、可清洗性強、孔徑分布窄、分離性能好和使用壽命長等特點，其銷售量占整個膜市場的10％～20％，并以每年35％的速度增長，目前已在化工與石油化工、食品、生物和醫(yī)藥等領域分離工藝獲得成功應用。不僅如此，無機膜還將在能源、資源、環(huán)境和健康等領域的分離工藝中發(fā)揮重要作用，受到國內(nèi)外的廣泛關注。
無機膜具有耐高溫、耐化學腐蝕、機械強度高、抗微生物能力強、滲透量大、可清洗性強、孔徑分布窄、分離性能好和使用壽命長等特點，其銷售量占整個膜市場的10％～20％，并以每年35％的速度增長，目前已在化工與石油化工、食品、生物和醫(yī)藥等領域分離工藝獲得成功應用。不僅如此，無機膜還將在能源、資源、環(huán)境和健康等領域的分離工藝中發(fā)揮重要作用，受到國內(nèi)外的廣泛關注。
飲用水凈化：前景廣闊 就人類面臨的水資源而言，無機膜發(fā)揮著重要的作用。陶瓷微濾膜和陶瓷超濾膜處理地表水制備飲用水已在歐洲應用多年，陶瓷膜與吸附集成凈水技術在我國已應用5年，以陶瓷膜為核心的集團式凈水器和家用凈水器可以采用加熱的方法進行消毒處理，具有廣闊的發(fā)展前景。
廢水處理：膜成本是關鍵 從材料特點考慮，無機膜在水處理領域的應用主要是廢水處理。無機膜可以在苛刻的條件下進行長期穩(wěn)定的分離操作，特別適合工業(yè)廢水處理。目前無機膜主要用于含油廢水、化工及石化廢水、造紙和紡織廢水、生活污水及放射性廢水的處理。
無機陶瓷膜處理廢水必須解決成本問題，一方面必須開發(fā)低價高性能的膜材料，另一方面需克服膜污染并提高膜的過濾通量，才能真正推廣應用到油田回注水等領域。減少污染的方法主要是提高膜面流速、高壓反向沖洗、用各種清洗液對膜進行反復清洗。此外，一些新的方法也正在開發(fā)中，如在進料液中沖入氣體，采用脈沖流動，讓膜處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)等，其核心是進行傳遞過程研究，實現(xiàn)過程的強化傳質(zhì)。
食品工業(yè)：提升食品檔次 無機膜在食品工業(yè)中的應用主要是解決食品的質(zhì)量問題。無機膜用于牛奶、果酒、果汁、飲料、白酒、啤酒、飲用水等的除菌過濾，效果十分顯著，其特別之處在于可以采用蒸汽對整個設備進行消毒，使產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，對推動食品方面，國外已規(guī)模應用．但國內(nèi)的推廣力度還遠遠不夠。盡管國內(nèi)陶瓷膜最先應用的是奶制品的制備，但到目前為止，尚無奶業(yè)公司采用這種技術。
生物化工：有利于環(huán)境保護 陶瓷膜在生物化工領域的應用研究是近期的熱點之一，涉及領域包括細胞脫除、無菌水生產(chǎn)以及低分子有機物的澄清和生物膜反應器。利用陶瓷膜分離發(fā)酵液中的菌體，不僅可以提高產(chǎn)品得率，降低裝置負荷，而且極有利于環(huán)境保護，廢水排放量大大減少。
氣體分離：多孔膜有發(fā)展前景
陶瓷膜在氣體分離中的大規(guī)模應用僅有鈾同位素分離一例，然而這一用途也正在被其它方法逐步取代。原因是致密膜通量低、成本高、高溫下不穩(wěn)定，多孔膜存在分離系數(shù)與膜通量的矛盾。近年來開發(fā)的離子電子混合導體致密膜和具有分子篩分功能的多孔膜展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，有可能對膜法氣體分離領域產(chǎn)生巨大的影響。陶瓷膜分離領域中另一個值得開發(fā)的市場是利用毛細冷凝機理進行原料氣脫濕，有機溶劑回收以及強腐蝕性氣體干燥等。
過程工業(yè)產(chǎn)品與原料液凈化：成為技術 在化工、石油化工等過程工業(yè)中，對產(chǎn)品和原料液的純度有嚴格的要求，傳統(tǒng)的過濾技術很難滿足。無機膜優(yōu)異的材料性能和高精度的分離性能使其成為苛刻條件下精密過濾的技術。如對氨基苯酚生產(chǎn)過程中采用貴金屬催化劑，由于催化劑的脫落，不僅增加了催化劑消耗量，而且污染了產(chǎn)品，采用陶瓷膜技術進行處理，產(chǎn)品中金屬含量降至1×10-6以下，完全達到出口產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
滲透汽化技術：值得重視
滲透汽化過程具有節(jié)能的突出優(yōu)點，有機膜在這一領域已獲得成功應用。但在一些苛刻的條件（較高溫度和有機溶劑）下，有機膜的使用壽命受到影響，采用具有分子篩分效應的陶瓷膜進行滲透汽化過程的開發(fā)成為研究熱點。根據(jù)目前的研究結(jié)果，陶瓷膜滲透汽化過程具有高通量、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，有著極強的競爭力和巨大的市場需求，國外已有千噸級規(guī)模裝置；值得高度重視。
膜催化反應：工業(yè)化有難度
將無機膜與催化反應結(jié)合即構成了無機膜催化反應。膜催化反應最初的成功應用是將薄壁鈀膜用于乙烯加氫精制以及加氫選擇性要求特別高的香料、醫(yī)藥行業(yè)。膜與反應器的結(jié)合主要有膜是反應區(qū)的一個分離元件和膜本身是催化劑，具有催化活性，或者膜是用催化活性物質(zhì)進行處理而具有催化功能兩種方式。
1999年美國能源部提供資金進行工業(yè)性試驗開發(fā)，目的是在本世紀能將天然氣轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品，與石油相競爭。我國“863”計劃已立項，參與這一高新技術領域的競爭?，F(xiàn)已取得一批階段性成果。這些結(jié)果均表明無機膜催化技術確實具有潛在的應用市場，但若工業(yè)化尚有很多難題需解決。首先是低成本、重復性好的無機膜的制備；其次是高溫下設備的密封；再次是穩(wěn)定問題，尤其是高溫結(jié)碳對膜的污染特別嚴重；第四是膜催化反應過程的模擬技術。
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