基本信息
- 項目名稱：
- 低成本高性能陶瓷微濾膜的制備
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 利用陶瓷行業(yè)常見的高嶺土、鋁礬土、滑石等廉價的天然礦物原料或工業(yè)尾礦制備高性能陶瓷微濾膜，這些原料價格低廉、儲量豐富，便于在大規(guī)模工業(yè)生產上就地或就近取材，據(jù)初步計算最終可降低制備成本30%以上（較市場上常見的Al2O3、ZrO2等陶瓷膜）。同時通過采用擠壓成型法、浸漬提拉法制備的堇青石質陶瓷微濾膜具有熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性強等優(yōu)點，并適用于強堿等苛性介質分離，其性能卓越，達到國際先進水平。
- 詳細介紹：
- 本作品以研制低成本高性能陶瓷微濾膜為目的，利用陶瓷生產企業(yè)當?shù)鼗蚓徒馁Y源，從源頭上大大降低當前陶瓷膜的制備成本，使其可以大規(guī)模地運用于工業(yè)生產。根據(jù)《十二五規(guī)劃》、省科技創(chuàng)新“六個一”工程、鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)建設和《xx省中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》，當前應重點發(fā)展綠色產業(yè)，堅持可持續(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《十二五規(guī)劃》及鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)建設的相關要求。 本作品研制的陶瓷微濾膜技術指標為：外徑9～11 mm，內徑6～8 mm，平均孔徑在1.5～2.0 μm，孔隙率為25～35%，抗折強度為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、過濾除雜、醫(yī)藥過濾除菌、高純水的制備、生物及微生物的檢測等領域具有廣闊的前景。目前環(huán)境保護政策已經上升到國家戰(zhàn)略高度，節(jié)能減排亦有助于社會發(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用是未來發(fā)展的必然趨勢。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計、發(fā)明的目的： 為響應我國“十二五”規(guī)劃及鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)建設等相關號召，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、廉價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前陶瓷膜的制備成本。 基本思路： 利用陶瓷行業(yè)中常見的、廉價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)化設計及膜成型及燒成工藝，改進制膜工藝，制備出低成本高性能陶瓷微濾膜。 創(chuàng)新點: 采用陶瓷行業(yè)中常見、廉價的天然礦物或工業(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陶瓷膜具有優(yōu)良的抗熱震性能，可應用于高溫煙塵氣體凈化等熱沖擊環(huán)境中。同時由于堇青石材料具有良好的耐堿性能，而市場上常見的Al2O3、ZrO2質膜僅適用于強酸性介質，因此，本作品有效地填補了陶瓷膜在強堿苛性介質分離應用中的空白。 技術關鍵： 在膜支撐體制備方面，調節(jié)粘結劑、成孔劑、增塑劑等比例，優(yōu)化制備工藝參數(shù)，使其不會出現(xiàn)變形開裂等缺陷。在膜制備方面，調配穩(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構均一穩(wěn)定的頂膜。 主要技術指標： 外徑9-11 mm，內徑6-8 mm，平均孔徑1.5-2.0 μm，孔隙率25-35%，抗折強度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)。
科學性、先進性
- 科學性： 當前市場上已商品化的陶瓷膜材質主要為氧化鋁（2800元/T）和氧化鋯(38000元/T)，原料成本相對較高，導致陶瓷膜制備應用成本相應提高，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)應用方面受到限制，由此可見，本作品研制的低成本高性能陶瓷膜具有顯著的優(yōu)勢。 先進性： 低成本高性能陶瓷膜的研制具有很好的基礎理論、研究意義及其實際應用價值，其先進性可以體現(xiàn)在以下幾個方面： 1.原材料成本非常低； 2.通過研究已經形成了一套以低成本礦物原料為基礎制備高性能陶瓷膜技術。制備的陶瓷微濾膜孔徑分布均勻，具有良好的物理化學性能； 3.天然非金屬礦物往往含有多種雜相，所以材料的燒結活性高，燒結溫度低，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特的物理化學性質，充分利用原料的這些性質，可使制備的多孔陶瓷不僅具有過濾分離的功能，還具有其它特殊應用場合所需的特定的物化性能。
獲獎情況及鑒定結果
- 本作品于2011年4月被校團委評為校級一等獎。 本作品于2011年5月在全國大學生課外科技學術競賽（xx省賽區(qū)）獲得省級二等獎。
作品所處階段
- 實驗研究階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、圖片、樣品。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明及適用范圍： 本作品研制的陶瓷膜可直接用于工業(yè)污水廢氣處理、過濾除雜等環(huán)保行業(yè)領域及生物制劑分離等生物醫(yī)藥領域。 技術特點和優(yōu)勢： 本作品利用天然礦物的低成本、儲量大等優(yōu)點，通過配方優(yōu)化設計制備出性能優(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壁形成頂膜。成型、涂膜工藝具有操作簡單、成品率高等特點。 推廣前景的技術說明和市場分析： 目前，環(huán)境保護政策已上升到國家戰(zhàn)略高度，今后在污水處理、節(jié)能環(huán)保等領域將迎來爆發(fā)式增長。除此之外，在醫(yī)藥工業(yè)的過濾除菌、高純水的制備等領域，陶瓷膜均具有廣闊的市場前景。 經濟效益預測： 陶瓷膜在今后的發(fā)展將保持30%的年增長率。2015年，膜市場需求將超過200億，將占世界總量的10-15%。本作品形成的技術將大大降低陶瓷膜制備成本（大于30%），具有顯著的經濟效益。
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、高強度、使用壽命長等優(yōu)良的物理化學性能，因此在膜市場的占據(jù)較大份額。其中，氧化鋁質陶瓷膜是目前工業(yè)上最常見的一種無機分離膜，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，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)應用。 針對目前氧化鋁等材質的陶瓷膜制備成本偏高問題，國內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應用研究日益受到國內外膜領域科技工作者的關注。如法國歐洲膜工程中心Larbot教授所領導的課題組就從事了新型礦物基陶瓷分離膜制備及其應用的相關研究，如磷灰石基支撐體及非對稱陶瓷膜制備及其應用的研究等。在國內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石質陶瓷膜等，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，但由于膜材質的物理化學性質的限制（如熱膨脹系數(shù)，化學穩(wěn)定性等），使得在某些特定場合，如高溫、強酸堿性等環(huán)境下，這些膜不能實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應用。 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陶瓷膜。在大大減少膜制備成本的同時，也保證了膜具有一定的物理化學性能，如熱膨脹系數(shù)低、較強的耐堿腐蝕能力，從而使其可廣泛應用于高溫、強堿性等苛性環(huán)境下的工業(yè)分離過程，大大擴展了陶瓷膜的實際應用領域。
