膜分離技術是近30年來發展起來的一項高新技術,它是材料科學與介質分離技術的交叉結合,以分離效率高、操作方便、設備緊湊、無相變和節能等優點廣泛應用于各個領域。按照膜材料不同,膜可分為有機高分子膜和無機膜兩大類。其中無機膜中以陶瓷膜為主導,具有有機膜無法比擬的優點,在水處理中已部分取代了有機膜的位置。無機膜技術的發展很快,尤其是自20世紀90年代后,無機膜技術的發展更為迅速,年增長率達到30%~35%,其中陶瓷膜占80%左右。
結構及過濾原理
陶瓷膜也稱CT膜,是固態膜的一種,是以多孔陶瓷為載體支持體、以微孔陶瓷膜為過濾層的陶瓷質過濾分離材料,主要材質是Al2O3、ZrO2、TiO2和SiO2等無機材料,呈管狀及多通道狀,管壁密布微孔,其孔徑為0.004~15μm。
陶瓷膜按用途可分為微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(NF)膜、反滲透(RO)膜等;按結構可分為對稱陶瓷膜和不對稱陶瓷膜,其中不對稱陶瓷膜至少由兩層構成,在某些情況下可由三層以上構成,如圖1所示。這類不對稱結構的目的是要構成一種無缺陷的分離層,同時又減少膜的液壓阻力,并保障膜的機械強度。支撐體層的厚度一般約為幾個毫米,孔徑范圍大約在1~10μm;中間過渡層的厚度一般為10~100μm,孔徑范圍常在50~100nm;過濾層(陶瓷分離膜)是很薄的,厚度約為1~10μm,孔徑常在100nm以下。陶瓷膜亦可為多層,層數越多,微孔梯度變化愈平緩,其抗熱震性越好,而抗熱性方面優于其他膜。降低過濾層(膜)的厚度,其過濾分離效果可優于高分子膜。陶瓷膜分離技術主要是依據“篩分理論”,根據在一定的膜孔徑范圍內滲透的物質分子直徑不同則滲透率不同,原料液在膜管內或膜外側流動,小分子物質或液體透過膜,大分子物質或固體被膜截留,使流體達到分離、濃縮、純化和環保等目的。