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基本信息

項(xiàng)目名稱：
低成本高性能陶瓷微濾膜的制備
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
利用陶瓷行業(yè)常見(jiàn)的高嶺土、鋁礬土、滑石等廉價(jià)的天然礦物原料或工業(yè)尾礦制備高性能陶瓷微濾膜，這些原料價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富，便于在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)上就地或就近取材，據(jù)初步計(jì)算最終可降低制備成本30%以上（較市場(chǎng)上常見(jiàn)的Al2O3、ZrO2等陶瓷膜）。同時(shí)通過(guò)采用擠壓成型法、浸漬提拉法制備的堇青石質(zhì)陶瓷微濾膜具有熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并適用于強(qiáng)堿等苛性介質(zhì)分離，其性能卓越，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
詳細(xì)介紹：
本作品以研制低成本高性能陶瓷微濾膜為目的，利用陶瓷生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)?shù)鼗蚓徒馁Y源，從源頭上大大降低當(dāng)前陶瓷膜的制備成本，使其可以大規(guī)模地運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)《十二五規(guī)劃》、省科技創(chuàng)新“六個(gè)一”工程、鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)和《xx省中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》，當(dāng)前應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的理念。 因而，研究低成本陶瓷膜體現(xiàn)了變廢為寶的理念，符合我國(guó)《十二五規(guī)劃》及鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的相關(guān)要求。 本作品研制的陶瓷微濾膜技術(shù)指標(biāo)為：外徑9～11 mm，內(nèi)徑6～8 mm，平均孔徑在1.5～2.0 μm，孔隙率為25～35%，抗折強(qiáng)度為20～35 MPa，膜厚度為30-80 μm熱膨脹系數(shù)：1.0～2.5×10-6 /℃，在0.10 MPa壓差下的純凈水滲透通量達(dá)到30～50 m3/(m2·h·MPa)。 本作品研制的陶瓷膜在工業(yè)污水，廢氣處理、海水淡化、過(guò)濾除雜、醫(yī)藥過(guò)濾除菌、高純水的制備、生物及微生物的檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的前景。目前環(huán)境保護(hù)政策已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，節(jié)能減排亦有助于社會(huì)發(fā)展，所以研制低成本高性能陶瓷微濾膜并積極推廣其廣泛應(yīng)用是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

作品圖片

  • 低成本高性能陶瓷微濾膜的制備
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 為響應(yīng)我國(guó)“十二五”規(guī)劃及鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)等相關(guān)號(hào)召，本作品以研制低成本高性能陶瓷微濾膜為目的，利用陶瓷行業(yè)中常見(jiàn)、廉價(jià)的天然礦物原料或工業(yè)尾礦為原料，從源頭上大大降低當(dāng)前陶瓷膜的制備成本。 基本思路： 利用陶瓷行業(yè)中常見(jiàn)的、廉價(jià)的天然礦物原料或工業(yè)尾礦制備陶瓷微濾膜。探討原料配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)及膜成型及燒成工藝，改進(jìn)制膜工藝，制備出低成本高性能陶瓷微濾膜。 創(chuàng)新點(diǎn): 采用陶瓷行業(yè)中常見(jiàn)、廉價(jià)的天然礦物或工業(yè)尾礦等為原料，變廢為寶，顯著降低制備成本。 本作品研制的堇青石質(zhì)陶瓷膜具有優(yōu)良的抗熱震性能，可應(yīng)用于高溫?zé)焿m氣體凈化等熱沖擊環(huán)境中。同時(shí)由于堇青石材料具有良好的耐堿性能，而市場(chǎng)上常見(jiàn)的Al2O3、ZrO2質(zhì)膜僅適用于強(qiáng)酸性介質(zhì)，因此，本作品有效地填補(bǔ)了陶瓷膜在強(qiáng)堿苛性介質(zhì)分離應(yīng)用中的空白。 技術(shù)關(guān)鍵： 在膜支撐體制備方面，調(diào)節(jié)粘結(jié)劑、成孔劑、增塑劑等比例，優(yōu)化制備工藝參數(shù)，使其不會(huì)出現(xiàn)變形開(kāi)裂等缺陷。在膜制備方面，調(diào)配穩(wěn)定性、流平性好的懸浮漿料，優(yōu)化涂膜工藝，采用浸漬提拉法制備結(jié)構(gòu)均一穩(wěn)定的頂膜。 主要技術(shù)指標(biāo)： 外徑9-11 mm，內(nèi)徑6-8 mm，平均孔徑1.5-2.0 μm，孔隙率25-35%，抗折強(qiáng)度20-35 MPa，膜厚度30-80 μm ，熱膨脹系數(shù)1.0-2.5×10-6 /℃，在0.10 MPa壓差下純凈水滲透通量30-50 m3/(m2·h·MPa)。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性： 當(dāng)前市場(chǎng)上已商品化的陶瓷膜材質(zhì)主要為氧化鋁（2800元/T）和氧化鋯(38000元/T)，原料成本相對(duì)較高，導(dǎo)致陶瓷膜制備應(yīng)用成本相應(yīng)提高，從而在石油化工、食品飲料、生物、醫(yī)藥衛(wèi)生等大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用方面受到限制，由此可見(jiàn)，本作品研制的低成本高性能陶瓷膜具有顯著的優(yōu)勢(shì)。 先進(jìn)性： 低成本高性能陶瓷膜的研制具有很好的基礎(chǔ)理論、研究意義及其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，其先進(jìn)性可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.原材料成本非常低； 2.通過(guò)研究已經(jīng)形成了一套以低成本礦物原料為基礎(chǔ)制備高性能陶瓷膜技術(shù)。制備的陶瓷微濾膜孔徑分布均勻，具有良好的物理化學(xué)性能； 3.天然非金屬礦物往往含有多種雜相，所以材料的燒結(jié)活性高，燒結(jié)溫度低，可大大降低能耗，從而顯著降低陶瓷膜的制備成本； 4.許多天然非金屬礦物本身就具有一些獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，充分利用原料的這些性質(zhì)，可使制備的多孔陶瓷不僅具有過(guò)濾分離的功能，還具有其它特殊應(yīng)用場(chǎng)合所需的特定的物化性能。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本作品于2011年4月被校團(tuán)委評(píng)為校級(jí)一等獎(jiǎng)。 本作品于2011年5月在全國(guó)大學(xué)生課外科技學(xué)術(shù)競(jìng)賽（xx省賽區(qū)）獲得省級(jí)二等獎(jiǎng)。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)研究階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物、圖片、樣品。

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用說(shuō)明及適用范圍： 本作品研制的陶瓷膜可直接用于工業(yè)污水廢氣處理、過(guò)濾除雜等環(huán)保行業(yè)領(lǐng)域及生物制劑分離等生物醫(yī)藥領(lǐng)域。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 本作品利用天然礦物的低成本、儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)配方優(yōu)化設(shè)計(jì)制備出性能優(yōu)良的膜支撐體。并采用浸漬提拉法將懸浮漿料均勻地涂覆在管內(nèi)壁形成頂膜。成型、涂膜工藝具有操作簡(jiǎn)單、成品率高等特點(diǎn)。 推廣前景的技術(shù)說(shuō)明和市場(chǎng)分析： 目前，環(huán)境保護(hù)政策已上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，今后在污水處理、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。除此之外，在醫(yī)藥工業(yè)的過(guò)濾除菌、高純水的制備等領(lǐng)域，陶瓷膜均具有廣闊的市場(chǎng)前景。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 陶瓷膜在今后的發(fā)展將保持30%的年增長(zhǎng)率。2015年，膜市場(chǎng)需求將超過(guò)200億，將占世界總量的10-15%。本作品形成的技術(shù)將大大降低陶瓷膜制備成本（大于30%），具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

陶瓷膜由于其制備原料豐富、具有耐高溫、高強(qiáng)度、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)良的物理化學(xué)性能，因此在膜市場(chǎng)的占據(jù)較大份額。其中，氧化鋁質(zhì)陶瓷膜是目前工業(yè)上最常見(jiàn)的一種無(wú)機(jī)分離膜，該陶瓷膜一般在1300℃甚至更高的溫度下燒成，因而使其制備成本偏高。同時(shí)，由于氧化鋁陶瓷膜耐酸堿性較差，由此限制了氧化鋁陶瓷膜的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。 針對(duì)目前氧化鋁等材質(zhì)的陶瓷膜制備成本偏高問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多陶瓷膜科技工作者致力于低成本陶瓷膜的研發(fā)工作。其中，以天然非金屬礦物為主要原料的低成本新型陶瓷膜的制備和相關(guān)應(yīng)用研究日益受到國(guó)內(nèi)外膜領(lǐng)域科技工作者的關(guān)注。如法國(guó)歐洲膜工程中心Larbot教授所領(lǐng)導(dǎo)的課題組就從事了新型礦物基陶瓷分離膜制備及其應(yīng)用的相關(guān)研究，如磷灰石基支撐體及非對(duì)稱陶瓷膜制備及其應(yīng)用的研究等。在國(guó)內(nèi)亦有一批陶瓷膜工作者從事低成本陶瓷膜的研究，如以粉煤灰、氫氧化鋁為原料合成莫來(lái)石質(zhì)陶瓷膜等，并取得階段性成果。從膜制備成本上，以上研究均有較大的突破，但由于膜材質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的限制（如熱膨脹系數(shù)，化學(xué)穩(wěn)定性等），使得在某些特定場(chǎng)合，如高溫、強(qiáng)酸堿性等環(huán)境下，這些膜不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。 本作品以高嶺土、滑石、鋁礬土等天然礦物為原料，在較低溫度下合成堇青石質(zhì)陶瓷膜。在大大減少膜制備成本的同時(shí)，也保證了膜具有一定的物理化學(xué)性能，如熱膨脹系數(shù)低、較強(qiáng)的耐堿腐蝕能力，從而使其可廣泛應(yīng)用于高溫、強(qiáng)堿性等苛性環(huán)境下的工業(yè)分離過(guò)程，大大擴(kuò)展了陶瓷膜的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。
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