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鄒小姐：13326633089 -
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快速工業(yè)化造成的環(huán)境問題是人類在本世紀面臨的重要威脅之一，這里面就包括了水污染問題。水是大多數(shù)工業(yè)過程都不可或缺的重要資源，因此廢水的產(chǎn)生在各行各業(yè)都是不可避免的，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)和市政污水排放也以同樣的速度增長。為了滿足人口不斷增長帶來的用水需求，我們需要凈化和回收廢水。
污水處理圖
膜分離技術(shù)是可以分離污染物以緩解環(huán)境壓力的新興技術(shù)，具有低能耗、易于擴大規(guī)模、與其他工藝的混合度高、能連續(xù)高強度和自動化操作等優(yōu)點。而在實際的應(yīng)用場景中，膜必須能夠耐受所處分離環(huán)境，當施加壓力差作為分離驅(qū)動力時，膜應(yīng)該在分離過程中保持良好的機械剛性和對施加應(yīng)力的穩(wěn)定性，此外膜材料必須具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，以避免其在有機溶劑或強酸強堿的作用下發(fā)生溶解或腐蝕等現(xiàn)象。當然溫度穩(wěn)定性也是膜耐受高進料操作溫度和避免損壞的重要因素。
膜的種類
根據(jù)膜材料的不同，主要分為有機聚合物膜、無機膜和復(fù)合膜。有機聚合物膜的優(yōu)點是成本低、良好的選擇性和易加工性，這些優(yōu)點使得有機聚合物膜在膜分離技術(shù)市場中占有最大份額，在工業(yè)規(guī)模應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究中都非常有價值。
有機微孔濾膜
雖然聚合物膜的開發(fā)正在穩(wěn)步進行，但具有優(yōu)異化學(xué)和物理性質(zhì)、高可調(diào)性和可重復(fù)使用性的無機膜也越來越受到關(guān)注。陶瓷膜在無機膜領(lǐng)域中的應(yīng)用超過八成，且還在快速增長中，其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、機械性能優(yōu)異、耐高溫、易清洗等優(yōu)點。更重要的是，陶瓷膜不易受細菌的破壞，而細菌是大多數(shù)聚合物膜生物污損及降解的原因。因此，陶瓷膜在冶金、石油化工、生物工程、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用，可用于工藝過程中的分離、純化、除菌、除鹽等。
陶瓷膜的分類
按照結(jié)構(gòu)特點陶瓷膜可分為兩種：對稱陶瓷膜和非對稱陶瓷膜。對稱性陶瓷膜物理結(jié)構(gòu)在各個方向是一致的，在所有方向的孔隙率也相似。非對稱性陶瓷膜孔徑由底部到頂端從大到小變化。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，人們希望使用過濾精度高且滲透通量大的陶瓷膜，因此制備工業(yè)應(yīng)用價值高的非對稱性陶瓷膜成為研究的重點。非對稱性陶瓷膜一般由三層組成，第一層是支撐體層，厚度在幾毫米左右，具有機械強度高，滲透通量大的特點；中間層也稱為過渡層，厚度為10-100μm；膜分離層孔徑較小，厚度一般在5-30μm，是陶瓷膜過濾分離的關(guān)鍵部位；這樣的非對稱三層膜結(jié)構(gòu)能夠保證陶瓷膜具有較高的機械強度和較大的滲透通量。
對稱膜（左）和非對稱膜（右）示意圖
不對稱陶瓷膜橫截面的SEM圖
陶瓷膜根據(jù)形狀的不同可以分為管式陶瓷膜和平板陶瓷膜。管式陶瓷膜管壁密布微孔，在壓力作用下，原料液在膜管內(nèi)或膜外側(cè)流動小分子物質(zhì)(或液體)透過膜，大分子物質(zhì)(或固體)被膜截留，從而可以實現(xiàn)污染物的分離、濃縮、純化。
平板陶瓷膜板面密布微孔，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，膜作為過濾介質(zhì)，在一定壓力作用下，當原液流過膜表面時，只允許水、無機鹽、小分子物質(zhì)透過膜，而阻止水中的懸浮物、膠體和微生物等大分子物質(zhì)通過，從而實現(xiàn)分離。
碳化硅陶瓷膜結(jié)構(gòu)
平板陶瓷膜是低壓膜，有很好的物理性能和化學(xué)性能，制備和運行成本低，方便大規(guī)模應(yīng)用。管式膜適用于超濾、微濾等膜分離技術(shù)，其優(yōu)點是流道長、對料液的預(yù)處理精度要求低、易于清洗、壓力損失小、過濾效率高。
陶瓷膜的應(yīng)用
和普通的過濾膜材料相比，陶瓷膜具有良好的材料性能，同時還具有機械強度高、滲透量大、分離性能好、抗微生物能力強、可反復(fù)使用等優(yōu)良的性能，在多個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，讓我們一起看看陶瓷膜具體有哪些應(yīng)用。
（1）在氣體分離方面的應(yīng)用
氣體分離是膜分離技術(shù)中最具潛力的應(yīng)用領(lǐng)域之一。目前，在氣固分離方面陶瓷膜過濾技術(shù)已應(yīng)用于各種工業(yè)過程，如多晶硅產(chǎn)業(yè)、生物質(zhì)氣化、工業(yè)窯爐煙氣凈化和高溫有價粉體回收等等。例如山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司研發(fā)的脫硝除塵一體化裝備，采用脫硝除塵陶瓷膜濾芯做為核心元件，可同時過濾顆粒物，降解氮氧化物、二氧化硫、去除二噁英、有機揮發(fā)物以及有機有毒空氣污染物。
（2）在液體除菌過濾方面的應(yīng)用
陶瓷膜不僅應(yīng)用于氣體分離，也在液體除菌、資源和生態(tài)領(lǐng)域中扮演著重要的角色。陶瓷膜應(yīng)用于食品工業(yè)的液體除菌可以有效解決食品安全問題。陶瓷膜應(yīng)用在軟飲料、奶制品、酒類、純凈水的除菌過濾澄清中，和傳統(tǒng)方式相比，陶瓷膜具有良好的抗高溫性能。在過濾除菌工作結(jié)束后，生產(chǎn)廠家可以利用高溫蒸汽對過濾設(shè)備進行全方位的消毒，這種消毒模式不僅可以保障食品安全，同時也可以為廠家節(jié)約生產(chǎn)成本。
（3）在膜催化反應(yīng)技術(shù)中的應(yīng)用
陶瓷膜除了應(yīng)用在物質(zhì)分離外，也可用于化學(xué)反應(yīng)過程，可以實現(xiàn)反應(yīng)-分離一體化。膜催化反應(yīng)技術(shù)其優(yōu)點在于利用膜的選擇滲透性有選擇的移去個別產(chǎn)物，從而使可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡向有利于產(chǎn)物的方向移動。該技術(shù)在化工行業(yè)應(yīng)用較多。
（4）在廢水處理中的應(yīng)用
由于陶瓷膜的穩(wěn)定性較高，一般不會同污水中的物質(zhì)發(fā)生物理或者化學(xué)反應(yīng)，因此，陶瓷膜經(jīng)常被應(yīng)用于處理紡織印染廢水、含油廢水、煉油廠“三泥”水相、化工廢水、生活污水、醫(yī)療廢水、放射廢水等。
結(jié)語
陶瓷膜相對于有機聚合物膜有著更為優(yōu)異的性能，但目前陶瓷膜的生產(chǎn)成本相對較高，想要真正實現(xiàn)陶瓷膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用，需要開發(fā)出性能完善和通量較高的陶瓷膜材料，并不斷降低生產(chǎn)成本，以求真正實現(xiàn)陶瓷膜技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
參考來源：
（1）基于轉(zhuǎn)移法的氧化鋁陶瓷膜制備與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，朱霨亞。
（2）陶瓷膜在廢水處理領(lǐng)域中的研究進展，張詩洋，單歷元，廖松義，朋小康，劉榮濤，閔永剛。
（3）簡析陶瓷膜的發(fā)展和應(yīng)用，王浩，王寧，李杰。
（4）超細球形氧化鋁制備陶瓷超濾膜及應(yīng)用污水處理的研究，羅盼。
（5）“膜”法世界——膜材料的發(fā)展與應(yīng)用，楊暢，夏炎。
（6）膜生物反應(yīng)技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢，徐黎黎。
（7）多孔碳化硅陶瓷膜分離技術(shù)的應(yīng)用研究進展，余炎子，李傳剛，鄢恒飛，劉曉鋒，于少暉。
粉體圈小鄭
