多孔陶瓷材料引領(lǐng)國內過(guò)濾技術(shù)發(fā)展

     隨著(zhù)科技和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，能源、資源、三廢治理等問(wèn)題更加受到重視。尤其是生物化工、精細化工、能源材料等高技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對液、固分離技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)提出更高的要求，高分離精度、高運行效率的微孔過(guò)濾技術(shù)及微孔過(guò)濾材料愈來(lái)愈引起人們的重視。微孔陶瓷材料由于具有孔隙率高、透氣阻力小、可控孔徑、清洗再生方便以及耐高溫、高壓、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域具有較大的應用市場(chǎng)。以微孔陶瓷材料做過(guò)濾介質(zhì)的陶瓷微過(guò)濾技術(shù)及陶瓷過(guò)濾裝置由于其不僅解決了高溫、高壓、強酸堿和化學(xué)溶劑介質(zhì)等難過(guò)濾問(wèn)題，而且由于本身具有過(guò)濾精度高、潔凈狀態(tài)好以及容易清洗、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)，目前已在石油、化工、制藥、食品、環(huán)保和水處理等領(lǐng)域得到廣泛應用。
      進(jìn)入新世紀以來(lái)，中材高新先后承擔了科技部中小型企業(yè)創(chuàng )新基金項目、科研院所社會(huì )公益基金項目、科技部技術(shù)開(kāi)發(fā)研究專(zhuān)項資金項目及８６３計劃等重大科研項目的研究工作。目前，在微孔陶瓷材料的制備工藝及性能檢測、陶瓷過(guò)濾器的設計及應用、陶瓷微濾膜及高溫氣體凈化用陶瓷過(guò)濾材料及過(guò)濾裝置的研制及開(kāi)發(fā)方面具國內領(lǐng)先地位。
     中材高新下屬的過(guò)濾陶瓷部是一個(gè)集陶瓷過(guò)濾材料、過(guò)濾裝置的研究、開(kāi)發(fā)、設計及生產(chǎn)為一體的高科技實(shí)體，擁有近２０項省、部級科研成果和技術(shù)，是目前國內研制、生產(chǎn)微孔陶瓷系列制品及陶瓷過(guò)濾器種類(lèi)多、應用面廣、生產(chǎn)技術(shù)較為成熟的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家。其主要產(chǎn)品包括各種規格的微孔陶瓷過(guò)濾元件和微孔陶瓷過(guò)濾器、高性能陶瓷膜過(guò)濾元件及陶瓷膜過(guò)濾裝置、高溫氣體凈化（高溫除塵）用高溫陶瓷過(guò)濾材料及高溫陶瓷除塵器、高溫融體過(guò)濾用泡沫陶瓷過(guò)濾元件以及陶瓷凈水器、陶瓷曝氣器、陶瓷消聲器、各種陶瓷電解隔膜等。產(chǎn)品已廣泛應用于化工、制藥、冶金、水處理及環(huán)保工業(yè)。
    國內外發(fā)展現狀
    國外多孔陶瓷材料研究開(kāi)發(fā)和應用已有８ ０ 余年歷史，陶瓷膜產(chǎn)品研制、開(kāi)發(fā)、應用也有近３０年歷史，其產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化程度已達到較高的水平，產(chǎn)品的技術(shù)水平也有了很大提高。２０世紀５０年代，法國、美國等先后開(kāi)發(fā)了各種ＳｉＣ、莫來(lái)石、ＺｒＯ２、陶瓷纖維等氣、液過(guò)濾、微生物處理用微孔陶瓷過(guò)濾元件，主要用于化工、食品、飲料及水處理行業(yè)。２０世紀７０年代日本等在高溫氣體凈化、煙氣除塵用多孔陶瓷過(guò)濾材料研究方面取得了較大進(jìn)展，如日本旭硝子公司等生產(chǎn)的高溫陶瓷過(guò)濾器在化鐵爐等高溫煙氣除塵方面大量推廣應用。從２０世紀８０年代開(kāi)始，國外在陶瓷膜的研究及開(kāi)發(fā)應用、高溫陶瓷熱氣體凈化技術(shù)方面研究又取得較大的突破。目前國外已有專(zhuān)業(yè)的多孔陶瓷材料及陶瓷膜材料生產(chǎn)廠(chǎng)家３００余家，如日本Ｎ Ｇ Ｋ和Ｔ Ｄ Ｋ 、法國的Ｃ Ｅ Ｒ Ｖ Ｅ Ｒ 、美國的Ｃｏｒｎｉｎｇ和Ｆｉｌｔｅｒ、烏克蘭的Ｆａｉｒｅｙ工業(yè)陶瓷公司、芬蘭奧托昆明克公司等。其中美國過(guò)濾器公司已成為目前全球大的無(wú)機陶瓷分離膜及設備供應商，芬蘭奧托昆明克公司生產(chǎn)的陶瓷真空圓盤(pán)過(guò)濾機目前已在１００多個(gè)使用。美國Ａｎｇｕｉｌ　環(huán)境系統公司生產(chǎn)的自潔式高溫陶瓷過(guò)濾器采用了陶瓷過(guò)濾和催化凈化技術(shù)，目前已有１６００余套高溫氣體過(guò)濾裝置在各個(gè)領(lǐng)域應用。
      相比之下，國內在多孔陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面與國外先進(jìn)相比存在明顯不足，其中一方面是國內多孔陶瓷材料的發(fā)展技術(shù)不平衡，其二是國內絕大多數對多孔陶瓷材料缺乏必要的了解。近年來(lái)，在科技攻關(guān)政策的扶持下，尤其是在環(huán)保、節能政策的引導下，國內多孔陶瓷材料及膜材料技術(shù)有了較快的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化及市場(chǎng)化規模逐漸擴大。如中材高新材料股份有限公司（山東工業(yè)陶瓷研究設計院）在長(cháng)期研究、開(kāi)發(fā)多孔陶瓷材料基礎上，近幾年在幾項重大科研項目支持下，目前已在陶瓷微濾材料、高溫陶瓷過(guò)濾材料及膜材料方面逐漸形成了自己的技術(shù)優(yōu)勢，并且在產(chǎn)品市場(chǎng)推廣和產(chǎn)業(yè)化方面有了一定規模。江蘇省九吾高科技發(fā)展公司、合肥世杰膜工程有限責任公司等在陶瓷膜材料制備技術(shù)方面也在一定程度上達到國外先進(jìn)水平。不容諱言，多孔陶瓷材料由于受產(chǎn)品制造水平及應用技術(shù)的限制，目前在國內過(guò)濾分離領(lǐng)域所占的市場(chǎng)份額較小，產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化水平普遍較低。但可以預言，隨著(zhù)國內化工形式好轉、能源和環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的扶持以及國外同行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和應用市場(chǎng)的不斷擴大，多孔陶瓷材料產(chǎn)業(yè)在國內將會(huì )迎來(lái)更好的發(fā)展前景。
    市場(chǎng)應用
    從多孔陶瓷材料及膜材料的性能特性來(lái)講，由于其具有良好的耐熱性能和介質(zhì)腐蝕性能，因此可以應用于除ＨＦ、熱磷酸以外所有介質(zhì)過(guò)濾。另外，多孔陶瓷過(guò)濾材料高的過(guò)濾精度（０．１μｍ）、在線(xiàn)清洗性能以及自潔性能（無(wú)度無(wú)味、對介質(zhì)無(wú)污染）和良好的操作性能，使其在許多領(lǐng)域具有好的推廣應用前景。
    石油、化學(xué)工業(yè)石油、化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域常涉及到工藝原料氣、工藝原料液凈化問(wèn)題，其中少量固體必須大限度除去。由于原料氣、液常涉及高溫、高壓或強腐蝕性，其他分離材料無(wú)法應用，只能采用陶瓷材料。目前很多廠(chǎng)家都有這種要求，如堿廠(chǎng)濾液過(guò)濾、聚晴胺工藝料液凈化，分子篩、催化劑生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品回收，鈦白粉生產(chǎn)中偏鈦酸細微粒子回收，超細粉體生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品回收，鹽水及氯化鈣等溶液的過(guò)濾等。另外，陶瓷過(guò)濾器在國內各大煉油廠(chǎng)中航空煤油過(guò)濾、催化氣體凈化、石蠟加氫工藝中也得到推廣應用。
    制藥及食品行業(yè)
    制藥及食品行業(yè)常涉及活性炭進(jìn)行脫色過(guò)濾及催化劑過(guò)濾問(wèn)題。由于這些介質(zhì)過(guò)濾通常要求過(guò)濾精度比較高，又常涉及到高溫（６０～１５０℃）和腐蝕性溶液等，采用傳統的袋式過(guò)濾器或離心過(guò)濾機一般很難達到好的去初效果或根本無(wú)法使用。使用微孔陶瓷或陶瓷膜過(guò)濾器則可很容易解決這個(gè)問(wèn)題，它不但可以提高濾液質(zhì)量，而且濾芯清洗再生效果好，可長(cháng)時(shí)間連續使用。
    無(wú)菌空氣及壓縮氣體凈化
    采用微孔陶瓷過(guò)濾器進(jìn)行空氣的無(wú)菌處理具有潔凈狀態(tài)好、濾速高、凈化效果好、再生周期長(cháng)（１～２月）、清洗效果好、可高溫消毒殺菌等特點(diǎn)，在制藥、啤酒行業(yè)發(fā)酵用無(wú)菌空氣制備方面具有很好的應用前景。因此，采用微孔陶瓷過(guò)濾器代替價(jià)格昂貴的金屬過(guò)濾器用于食品、釀造及制藥行業(yè)發(fā)酵無(wú)菌空氣的制備是完全可行的。另外，陶瓷過(guò)濾器用于高壓壓縮氣體的凈化，用于除油、除雜質(zhì)，在國內也得到推廣應用。其次，陶瓷過(guò)濾器在高壓高溫蒸氣（１５０～２００℃）凈化方面也有較大的應用市場(chǎng)。
    水處理在水處理領(lǐng)域，陶瓷過(guò)濾材料可應用于生活飲用水處理、工廠(chǎng)工藝用
水制備、工業(yè)循環(huán)水凈化及工業(yè)污水和城市生活廢水處理等。如采用硅藻土質(zhì)陶瓷濾芯進(jìn)行家庭生活飲用水凈化，具有獨特的除菌和再生性能，目前已在中國、韓國、美國、英國、日本和中國臺灣等得到大量開(kāi)發(fā)和應用。陶瓷過(guò)濾材料用于工業(yè)冷卻水處理及酸堿性廢水處理，目前已在國內的蓄電池行業(yè)、石化行業(yè)、電廠(chǎng)中取得了較好的應用成果。在工業(yè)污水處理方面，陶瓷膜過(guò)濾裝置用于乳化油廢水處理、印鈔及印染廢水處理，不僅可以保證廢水達標排放或回用，而且還可大大降低處理成本。實(shí)驗數據表明在國內采用陶瓷微濾膜過(guò)濾裝置處理工業(yè)廢水，相同情況下，其設備價(jià)格僅為進(jìn)口有機膜設備的１／４左右，運行費用約為其１／１０左右。
    高溫氣體凈化
    很多生產(chǎn)領(lǐng)域，如電廠(chǎng)進(jìn)入第二渦輪室用燃燒氣體制備、露點(diǎn)以上碳水化合物生產(chǎn)熱氣體中粒子雜質(zhì)去除、燃煤鍋爐高溫煙氣凈化、冶金爐、電石爐等排出的高溫含塵氣體凈化等都需要一種高效粒子去除設備。目前，國內采用的熱氣體粒子去除裝置絕大多數為旋風(fēng)除塵，由于其運行和分級效率低，約為０ ． ８ ９ ％ ～０ ． ９ ６ ％和ｄｃ５０為６．５～８．５μｍ，即使采用三級旋風(fēng)處理，其排出物濃度仍將數倍于ＮＳＰＳ大極限，也達不到目前現行煙氣排放標準２００ｍｇ／ｍ３。高溫過(guò)濾技術(shù)是近２０年來(lái)粒子控制技術(shù)主要發(fā)展，在其它過(guò)濾介質(zhì)不能選用的情況下，高溫陶瓷過(guò)濾器則成為過(guò)濾設備，其除塵效率可達９９．５％以上，分級效率為ｄｃ５０為１μｍ。該產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化將會(huì )對國內日益迫切的冶金爐含塵氣體排放，電石廠(chǎng)電石氣回收，ＰＧＢＣ裝置熱氣體凈化技術(shù)水平提高起到重要促進(jìn)作用。
    飲料、食品工業(yè)
    根據陶瓷膜特點(diǎn)和國外發(fā)展陶瓷膜經(jīng)驗，陶瓷膜在我國應用領(lǐng)域極其廣泛，食品工業(yè)是其重要應用領(lǐng)域，諸如礦泉水生產(chǎn)、酒、飲料過(guò)濾、調味品、果汁過(guò)濾等。該領(lǐng)域對膜設備的要求是抗污染能力強，可以蒸汽原位消毒，使用壽命長(cháng)，而陶瓷膜恰具這種優(yōu)勢。如采用１～１．５μｍ陶瓷膜脫除低脂的牛奶中的細菌，效率達９９．６％，濾速達５００～７５０?。欤恚玻瑁?，該工藝生產(chǎn)出牛奶，其低溫保存期由處理前６～８天延長(cháng)到１６～２１天。采用孔徑０．５μｍ的陶瓷膜，在不改變色、香、味前提下，除菌率達１００％，保存期可延長(cháng)３個(gè)月。另采用０．４μｍ陶瓷膜用于果汁澄清，生產(chǎn)的果汁品質(zhì)優(yōu)良，更具芳香味。
    礦漿脫水和物料干燥
    采用多孔陶瓷材料的毛細管原理研制開(kāi)發(fā)的真空園盤(pán)陶瓷過(guò)濾機是國外２０世紀８０年代后期才發(fā)展起來(lái)的一種用于粘細物料過(guò)濾脫水的高效節能裝置，它在過(guò)濾機理和工藝效果方面均有新的突破，其用于粘細物料脫水顯示出無(wú)比的優(yōu)越性，在世界各地已得到大量推廣應用。該過(guò)濾機特點(diǎn)是：整機能耗低，約為真空過(guò)濾機的１０％，處