1 概述
無機陶瓷膜是高性能膜材料的重要組成部分,屬于國家重點大力發展的戰略新興產業,是新材料領域的重要組成部分。
無機陶瓷膜是由無機金屬氧化物制備而成的具有高效分離功能的薄膜材料耐高溫、耐化學侵蝕、機械強度好、抗微生物能力強、滲透通量大、可清洗性強、孔徑分布窄、使用壽命長等特點,使得陶瓷膜的發展十分迅速,銷售量已占整個膜市場的10%-20%,并以年增長35%的速度發展著,現已在化學與石油化工、食品、生物、醫藥、環保等領域獲得成功的應用。
2 國家政策導向
膜材料與膜技術一直是國家鼓勵發展和重點支持的領域,《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》。在優先主題“海水淡化”中明確提出重點研究開發“膜法低成本淡化技術及關鍵材料”,在優先主題“基礎原材料”中提出要重點研究開發“分離材料”,陶瓷膜是分離材料的重要組成部分,從九五開始一直得到國家相關部委的重點支持。
從國家“綱要”、國務院決定到各部委的“十二五”規劃,都涉及到與膜技術相關的描述,尤其是科技部將高性能膜材料作為新材料領域六個專項之一,給予重點支持,支撐了膜行業的快速發展。
3 陶瓷膜材料的發展趨勢
近年來,由于陶瓷納濾膜可截留多價離子或小分子量物質且具有獨特的材料性能,可應用于食品、醫藥、過程工業及水處理領域,尤其在高溫、酸堿、有機溶劑等有機膜無法承受的苛刻環境下具有很好的競爭力。目前,國外在陶瓷納濾膜方面的研究較多,膜材料種類豐富且性能優異,并已有部分公司具有生產陶瓷納濾膜的技術及實力。
因此,陶瓷膜材料的發展趨勢主要集中在制備低成本高性能的微濾超濾膜和孔徑小于10nm在苛刻環境體系中性能穩定的納濾膜兩個方面。
4 陶瓷膜的應用及市場
無機陶瓷膜將在人類面臨的能源、資源、環境和健康等重要領域發揮關鍵作用,其市場涉及到生物醫藥、食品與保健、化工與石油化工、環保等諸多領域。
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4.1 在生物醫藥產業中的應用
無機陶瓷膜因其獨特的耐化學腐蝕性、耐高溫、分離精度高等性能已成為生物醫藥行業優先選擇的分離技術,可廣泛應用于發酵氨基酸谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、抗生素如青霉素、紅霉素等、有機酸如檸檬酸、乳酸、衣康酸等等發酵液的處理,去除其中的菌絲體、大分子蛋白、酵母細菌壁碎片、細胞纖維等,降低下游處理工藝等。
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4.2 在化工行業的應用
化工過程工業領域中,80%的過程涉及溶劑和高溫等苛刻環境,膜技術的普及程度反映一個國家工業過程的能耗水平過程工業裝備年投資在萬億元以上,原有裝備改造和新建裝備為陶瓷膜技術帶來巨大的發展空間。
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4.3 在食品與中藥保健品行業中的應用
無機陶瓷膜技術可高溫殺菌、低溫操作、分離效率高、不必添加化學試劑、不破壞熱敏物質等,對食品與保健行業中高熱敏性、易揮發和對化學試劑敏感的體系非常適用天然提取物和食品飲料工業,是無機陶瓷膜最值得發展的市場,可應用各類酒、果汁飲料、明膠和葡萄糖的過濾,以及牛奶過濾、啤酒渣回收,食用醬油和醋的過濾除菌和澄清等許多領域。
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4.4 在節能環保領域中的應用
我國陸上油田已經大部分進人高含水的后期開采階段,平均綜合含水率已達80%以上,每年有十幾億噸的采出污水需要處理回用,加上開采過程中的鉆井廢液、壓裂廢水,每年產生的廢水量超過20億噸,采用陶瓷膜處理油田采出水,可以達到低滲透油田回注水質指標,目前已在遼河油田等建立了多套中試現場考核裝置,預期形成數億元的市場。
5 結束語
無機陶瓷膜分離技術以其綠色、高效分離的特點,在苛刻的過程工業體系中應用越來越廣泛,將在國家“十二五”的產業結構調整、傳統產業改造、節能減排中發揮重要作用國家出臺了系列政策對高性能膜材料等新興產業給予重點支持,為膜行業帶來了巨大發展機遇,這將推動我國陶瓷膜、PVDF中空纖維膜、反滲透膜、納濾膜等快速發展,顯著提升這些重要膜品種在國內外市場的占有率,到“十二五”末將形成千億元的市場規。
隨著面向應用過程的陶瓷膜設計與制備的理論體系的進一步完善,陶瓷膜的應用技術將得到進一步提高,在生物醫藥、食品與保健、化工與石油化工、環保等諸多領域的應用量顯著提升,預期在“十二五”末,無機陶瓷膜將形成百億元以上的市場規模。