陶瓷模-一種前景廣闊的新材料

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陶瓷膜---一種前景廣闊的新材料

陶瓷膜也稱CT膜，是固態(tài)膜的一種，最早由日本的大日本印刷公司和東洋油墨公司在1996年開發(fā)引入市場。陶瓷膜主要是A12O3，Zr02，Ti02和Si02等無機(jī)材料制備的多孔膜，其孔徑為2－50mm。具有化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑:機(jī)械強(qiáng)度大，可反向沖洗:抗微生物能力強(qiáng):耐高溫:孔徑分布窄，分離效率高等特點，在食品工業(yè)、生物工程、環(huán)境工程、化學(xué)工業(yè)、石油化工、治金工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其市場銷售額以35%的年增長率發(fā)展著。陶瓷膜與同類的塑料制品相比，造價昂貴，但又具有許多優(yōu)點，它堅硬、承受力強(qiáng)、耐用、不易阻寨，對具有化學(xué)侵害性液體和高溫清潔液有更強(qiáng)的抵抗能力，其主要缺點就是價格昂貴目_制造過程復(fù)雜。

****年*月，北美陶瓷技術(shù)公司順利完成了其價值超過500萬美元的新型雙磨盤研磨機(jī)的組裝，該設(shè)備在制備超薄陶瓷膜的生產(chǎn)技術(shù)上首屈一指，這同時也使得公司在制備超平、超完整陶瓷膜上的技術(shù)大大提升。我國南京工業(yè)大學(xué)完成了低溫?zé)Y(jié)多通道多孔陶瓷膜，該項目的研究對于提高我國陶瓷膜的質(zhì)量、降低成本具有重要意義。多孔陶瓷膜由于具有優(yōu)異的耐高溫、耐溶劑、耐酸堿性能和機(jī)械強(qiáng)度高、容易再生等優(yōu)點:在食品、生物、化工、能源和環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但目前在其應(yīng)用中存在兩大難題:一是多孔陶瓷膜的高成本，尤其是支撐體材料的成本高:二是有限的陶瓷品種與紛繁復(fù)雜的現(xiàn)狀存在著矛后。目前商品化的陶瓷膜只有有限的幾種規(guī)格，這就對特定孔結(jié)構(gòu)的陶瓷膜制備提出了更高的要求。該課題組主要對以氧化鋁和特種燒結(jié)促進(jìn)劑為起始原料，在1400℃的燒成溫度下制備出的支撐體進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究，得到滲透性能、機(jī)械性能及耐腐性能統(tǒng)一的支撐體。他們還以原料性質(zhì)預(yù)測支撐體的孔結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，以支撐體的制備過程和微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，建立了原料性質(zhì)與支撐體孔隙率、孔徑分布之間的計算方法，為特定孔結(jié)構(gòu)支撐體的定量制備提供了理論依據(jù)。

目前，己商品化的多孔陶瓷膜的構(gòu)形主要有平板、管式和多通道3種。平板膜主要用于小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和實驗室研究。管式膜組合起米形成類似于列管換熱器的形式，可增大膜裝填而積，但由于其強(qiáng)度問題，己逐步退出工業(yè)應(yīng)用。規(guī)模應(yīng)用的陶瓷膜，通常采用多通道構(gòu)形，即在一圓截面上分布著多個通道，一般通道數(shù)為7，19和37。無機(jī)陶瓷膜的主要制備技術(shù)有:采用固態(tài)粒子燒結(jié)法制備載體及微濾膜，采用溶膠－凝膠法制各超濾膜:采用分相法制備玻璃膜:采用專門技術(shù)(如化學(xué)氣相沉積、無電鍍等)制備微孔膜或致密膜。其基本理論涉及材料學(xué)科的膠體與表面化學(xué)、材料化學(xué)、固態(tài)離子學(xué)、材料加工等。

從發(fā)展趨勢米看，陶瓷膜制備技術(shù)的發(fā)展主要在以下2方面:一是在多孔膜研究方而，進(jìn)一步完善己商品化的無機(jī)超濾和微濾膜，發(fā)展具有分子篩分功能的納濾膜、氣體分離膜和滲透汽化膜:二是在致密膜研究中，超薄金屬及其合金膜及具有離子混合傳導(dǎo)能力的固體電解質(zhì)膜是研究的熱點。己經(jīng)商品化的多孔膜主要是超濾和微濾膜，其制備方法以粒子燒結(jié)法和溶膠－凝膠法為主。前者主要用于制各微孔濾膜，應(yīng)用廣泛的商品化A1203膜即是由粒子燒結(jié)法制備的。

2陶瓷膜的廣泛應(yīng)用

2.1提純用陶瓷過濾膜

****年*月，由北京邁勝普技術(shù)有限公司與山東魯抗醫(yī)藥有限公司研制的陶瓷膜過濾系統(tǒng)用于某種抗生素的分離提純獲得成功，這不僅優(yōu)化了此種抗生素的生產(chǎn)工藝，而目使抗生素收率提高15%，這是我國首次將陶瓷膜技術(shù)運用于抗生素生產(chǎn)。抗生素的分離提純，必須經(jīng)過對發(fā)酵液的過濾和對濾出的藥液進(jìn)行樹脂交換。目前，許多抗生素生產(chǎn)企業(yè)對氨基糖苷類抗生素發(fā)酵液的分離提純均采用真空轉(zhuǎn)鼓過濾器，這種工藝需先將發(fā)酵液酸化調(diào)至一定的pH值，然后用敷設(shè)助濾劑層的真空轉(zhuǎn)鼓過濾器進(jìn)行預(yù)過濾，再用板框進(jìn)行復(fù)濾及樹脂交換。采用這種工藝不僅過程繁瑣，而目有效成分收率低，僅過濾和樹脂交換過程的收率損失達(dá)30%。而運用“邁勝普”與“魯抗”共同研制的陶瓷膜過濾系統(tǒng)分離提純某種抗生素，卻能使有效成分在過濾過程的收失損提高近5％，在樹脂交換過程中的收率提高10%以上。

當(dāng)前，西方發(fā)達(dá)國家在食品工業(yè)、石化工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、生化制藥等許多領(lǐng)域?qū)δぜ夹g(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，而用無機(jī)材料制成的過濾膜(陶瓷膜就是一種無機(jī)過濾膜)的發(fā)展前景有可能比有機(jī)過濾膜更好。對于面臨抗生素政策性降價和抗菌藥限售雙重壓力的國內(nèi)眾多抗生素生產(chǎn)企業(yè)而言，通過創(chuàng)新工藝提高產(chǎn)品收率和質(zhì)量不失為降低成本的明智選擇，而以陶瓷膜技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)行抗生素分離提純工藝有可能成為降成本、提高效益的突破口。

2.2鍍陶瓷包裝膜

在食品包裝領(lǐng)域，近年越來越引人注目的是具有高功能性和良好環(huán)保適應(yīng)性的透明鍍陶瓷膜。這種膜盡管目前價格較高，物理性能還有待進(jìn)一步改進(jìn)，但可預(yù)期在不遠(yuǎn)的將來它將在食品包裝材料中占據(jù)重要的地位。陶瓷膜的加工鍍膜方法與通常的鍍金屬方法相似，基本上按我們己知的加工法進(jìn)行。鍍陶瓷膜由PET(12μm)陶瓷(Si0x)組成。氧化硅能分成4類，即Si0,Si304，Si203，Si02。然而，在自然界它們通常以Si02形式存在，因此根據(jù)鍍金屬條件，它們的變化很大。對這種膜的主要要求是具有良好的透明度、極佳的阻隔性、優(yōu)良的耐蒸煮性、較好的可透過微波性與良好的環(huán)境保護(hù)性以及良好的機(jī)械性能。