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多孔陶瓷材料引領國內(nèi)過濾技術發(fā)展

     隨著科技和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，能源、資源、三廢治理等問題更加受到重視。尤其是生物化工、精細化工、能源材料等高技術領域的迅速發(fā)展，對液、固分離技術的研究和開發(fā)提出更高的要求，高分離精度、高運行效率的微孔過濾技術及微孔過濾材料愈來愈引起人們的重視。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、耐化學介質(zhì)腐蝕等特點，在許多領域具有較大的應用市場。以微孔陶瓷材料做過濾介質(zhì)的陶瓷微過濾技術及陶瓷過濾裝置由于其不僅解決了高溫、高壓、強酸堿和化學溶劑介質(zhì)等難過濾問題，而且由于本身具有過濾精度高、潔凈狀態(tài)好以及容易清洗、使用壽命長等特點，目前已在石油、化工、制藥、食品、環(huán)保和水處理等領域得到廣泛應用。
      進入新世紀以來，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、科研院所社會公益基金項目、科技部技術開發(fā)研究專項資金項目及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、陶瓷過濾器的設計及應用、陶瓷微濾膜及高溫氣體凈化用陶瓷過濾材料及過濾裝置的研制及開發(fā)方面具國內(nèi)領先地位。
     中材高新下屬的過濾陶瓷部是一個集陶瓷過濾材料、過濾裝置的研究、開發(fā)、設計及生產(chǎn)為一體的高科技實體，擁有近２０項省、部級科研成果和技術，是目前國內(nèi)研制、生產(chǎn)微孔陶瓷系列制品及陶瓷過濾器種類多、應用面廣、生產(chǎn)技術較為成熟的專業(yè)生產(chǎn)廠家。其主要產(chǎn)品包括各種規(guī)格的微孔陶瓷過濾元件和微孔陶瓷過濾器、高性能陶瓷膜過濾元件及陶瓷膜過濾裝置、高溫氣體凈化（高溫除塵）用高溫陶瓷過濾材料及高溫陶瓷除塵器、高溫融體過濾用泡沫陶瓷過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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
    國外多孔陶瓷材料研究開發(fā)和應用已有８ ０ 余年歷史，陶瓷膜產(chǎn)品研制、開發(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)品的技術水平也有了很大提高。２０世紀５０年代，法國、美國等先后開發(fā)了各種ＳｉＣ、莫來石、ＺｒＯ２、陶瓷纖維等氣、液過濾、微生物處理用微孔陶瓷過濾元件，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濾材料研究方面取得了較大進展，如日本旭硝子公司等生產(chǎn)的高溫陶瓷過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年代開始，國外在陶瓷膜的研究及開發(fā)應用、高溫陶瓷熱氣體凈化技術方面研究又取得較大的突破。目前國外已有專業(yè)的多孔陶瓷材料及陶瓷膜材料生產(chǎn)廠家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。其中美國過濾器公司已成為目前全球大的無機陶瓷分離膜及設備供應商，芬蘭奧托昆明克公司生產(chǎn)的陶瓷真空圓盤過濾機目前已在１００多個使用。美國Ａｎｇｕｉｌ　環(huán)境系統(tǒng)公司生產(chǎn)的自潔式高溫陶瓷過濾器采用了陶瓷過濾和催化凈化技術，目前已有１６００余套高溫氣體過濾裝置在各個領域應用。
      相比之下，國內(nèi)在多孔陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面與國外先進相比存在明顯不足，其中一方面是國內(nèi)多孔陶瓷材料的發(fā)展技術不平衡，其二是國內(nèi)絕大多數(shù)對多孔陶瓷材料缺乏必要的了解。近年來，在科技攻關政策的扶持下，尤其是在環(huán)保、節(jié)能政策的引導下，國內(nèi)多孔陶瓷材料及膜材料技術有了較快的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化及市場化規(guī)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）在長期研究、開發(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、高溫陶瓷過濾材料及膜材料方面逐漸形成了自己的技術優(yōu)勢，并且在產(chǎn)品市場推廣和產(chǎn)業(yè)化方面有了一定規(guī)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方面也在一定程度上達到國外先進水平。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的限制，目前在國內(nèi)過濾分離領域所占的市場份額較小，產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化水平普遍較低。但可以預言，隨著國內(nèi)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)技術的不斷發(fā)展和應用市場的不斷擴大，多孔陶瓷材料產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)將會迎來更好的發(fā)展前景。
    市場應用
    從多孔陶瓷材料及膜材料的性能特性來講，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)過濾。另外，多孔陶瓷過濾材料高的過濾精度（０．１μｍ）、在線清洗性能以及自潔性能（無度無味、對介質(zhì)無污染）和良好的操作性能，使其在許多領域具有好的推廣應用前景。
    石油、化學工業(yè)石油、化學工業(yè)領域常涉及到工藝原料氣、工藝原料液凈化問題，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，其他分離材料無法應用，只能采用陶瓷材料。目前很多廠家都有這種要求，如堿廠濾液過濾、聚晴胺工藝料液凈化，分子篩、催化劑生產(chǎn)過程中產(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)過程中產(chǎn)品回收，鹽水及氯化鈣等溶液的過濾等。另外，陶瓷過濾器在國內(nèi)各大煉油廠中航空煤油過濾、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)常涉及活性炭進行脫色過濾及催化劑過濾問題。由于這些介質(zhì)過濾通常要求過濾精度比較高，又常涉及到高溫（６０～１５０℃）和腐蝕性溶液等，采用傳統(tǒng)的袋式過濾器或離心過濾機一般很難達到好的去初效果或根本無法使用。使用微孔陶瓷或陶瓷膜過濾器則可很容易解決這個問題，它不但可以提高濾液質(zhì)量，而且濾芯清洗再生效果好，可長時間連續(xù)使用。
    無菌空氣及壓縮氣體凈化
    采用微孔陶瓷過濾器進行空氣的無菌處理具有潔凈狀態(tài)好、濾速高、凈化效果好、再生周期長（１～２月）、清洗效果好、可高溫消毒殺菌等特點，在制藥、啤酒行業(yè)發(fā)酵用無菌空氣制備方面具有很好的應用前景。因此，采用微孔陶瓷過濾器代替價格昂貴的金屬過濾器用于食品、釀造及制藥行業(yè)發(fā)酵無菌空氣的制備是完全可行的。另外，陶瓷過濾器用于高壓壓縮氣體的凈化，用于除油、除雜質(zhì)，在國內(nèi)也得到推廣應用。其次，陶瓷過濾器在高壓高溫蒸氣（１５０～２００℃）凈化方面也有較大的應用市場。
    水處理在水處理領域，陶瓷過濾材料可應用于生活飲用水處理、工廠工藝用
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發(fā)和應用。陶瓷過濾材料用于工業(yè)冷卻水處理及酸堿性廢水處理，目前已在國內(nèi)的蓄電池行業(yè)、石化行業(yè)、電廠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。實驗數(shù)據(jù)表明在國內(nèi)采用陶瓷微濾膜過濾裝置處理工業(yè)廢水，相同情況下，其設備價格僅為進口有機膜設備的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)領域，如電廠進入第二渦輪室用燃燒氣體制備、露點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(nèi)采用的熱氣體粒子去除裝置絕大多數(shù)為旋風除塵，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，即使采用三級旋風處理，其排出物濃度仍將數(shù)倍于ＮＳＰＳ大極限，也達不到目前現(xiàn)行煙氣排放標準２００ｍｇ／ｍ３。高溫過濾技術是近２０年來粒子控制技術主要發(fā)展，在其它過濾介質(zhì)不能選用的情況下，高溫陶瓷過濾器則成為過濾設備，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)化將會對國內(nèi)日益迫切的冶金爐含塵氣體排放，電石廠電石氣回收，ＰＧＢＣ裝置熱氣體凈化技術水平提高起到重要促進作用。
    飲料、食品工業(yè)
    根據(jù)陶瓷膜特點和國外發(fā)展陶瓷膜經(jīng)驗，陶瓷膜在我國應用領域極其廣泛，食品工業(yè)是其重要應用領域，諸如礦泉水生產(chǎn)、酒、飲料過濾、調(diào)味品、果汁過濾等。該領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，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３個月。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發(fā)的真空園盤陶瓷過濾機是國外２０世紀８０年代后期才發(fā)展起來的一種用于粘細物料過濾脫水的高效節(jié)能裝置，它在過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比的優(yōu)越性，在世界各地已得到大量推廣應用。該過濾機特點是：整機能耗低，約為真空過濾機的１０％，處