多孔陶瓷膜有三種構型:平板、管狀和多通道,其中平板膜主要用於小規模工業生產和實驗室研究。管式膜組合形成類似管式換熱器的形式,可以增加膜的填充和堆積,但由於強度問題已逐漸退出工業應用。大規模應用的陶瓷膜通常采用多通道構型,即在壹個圓形截面上分布多個通道,壹般通道數為7,19,37等。無機陶瓷膜的主要制備技術包括:固體顆粒燒結法制備載體和微濾膜,溶膠-凝膠法制備超濾和納濾膜,相分離法制備玻璃膜,特殊技術(如化學氣相沈積和化學鍍)制備微孔膜或致密膜等。其基礎理論涉及膠體與表面化學、材料化學、固態離子學、材料加工等。
多孔陶瓷膜具有優異的耐高溫、耐溶劑、耐酸堿、機械強度高、易再生等特性,廣泛應用於食品、生物、化工、能源和環保等領域。壹個課題組主要對氧化鋁和專用燒結促進劑在1400℃燒結溫度下制備的支撐體進行了系統深入的研究,獲得了壹種透氣性、力學性能和耐腐蝕性統壹的支撐體。他們還旨在用原料的性質預測載體的孔結構,並基於載體的制備過程和微觀結構,建立了原料性質與載體孔隙率和孔徑分布之間的計算方法,為定量制備特定孔結構的載體提供了理論依據。
折疊式濾膜
2004年8月,由北京麥盛普科技有限公司和山東魯抗制藥有限公司合作開發的陶瓷膜過濾系統成功用於壹種抗生素的分離純化,不僅優化了該抗生素的生產工藝,而且抗生素產量提高了65,438±05%。這是我國首次使用陶瓷膜技術的陶瓷膜過濾設備?技術被應用於抗生素的生產。抗生素的分離純化必須經過發酵液的過濾和過濾藥液的樹脂交換。許多抗生素制造商使用真空轉鼓過濾器分離和純化氨基糖苷類抗生素發酵液。這個過程需要將發酵液酸化到壹定的pH值,然後用帶助濾劑層的真空轉鼓過濾機進行預過濾,再用板框和交換樹脂進行再過濾。該工藝不僅復雜,而且目標有效成分收率低,僅在過濾和樹脂交換過程中,收率損失就高達30%。而“麥生普”和“魯抗”聯合研發的陶瓷膜過濾系統,雖然可以分離純化壹種抗生素,但過濾過程中有效成分的損失和流失可增加近5%,樹脂交換過程中的收率可增加10%以上。膜技術在西方發達國家廣泛應用於食品工業、石油化工、環境保護、生化制藥等諸多領域,無機材料制成的過濾膜發展前景可能比有機過濾膜更好。對於許多面臨抗生素政策性降價和抗生素銷量受限雙重壓力的抗生素生產企業來說,通過創新技術提高產品收率和質量來降低成本是明智的選擇,而利用陶瓷膜技術改進現有抗生素分離純化工藝可能成為降低成本和提高效益的突破口。
折疊包裝薄膜
在食品包裝領域,引人註目的是透明陶瓷塗層具有高功能性和良好的環境適應性。雖然這種薄膜價格較高,物理性能有待進壹步提高,但可以預計,在不久的將來,它將在食品包裝材料中占據重要地位。陶瓷膜的加工和鍍膜方法與通常的金屬電鍍法類似,基本上按照已知的加工方法。陶瓷塗層由PET(12μm)陶瓷(SiOx)組成。氧化矽可分為四類,即SiO和Si?o?、Si?o?、SiO?。然而,在自然界中,它們通常使用SiO?形式是存在的,所以它們根據電鍍條件有很大的不同。對這種薄膜的主要要求是良好的透明性、優異的阻隔性、優異的耐蒸煮性、良好的微波透過性、良好的環保性和良好的機械性能。陶瓷塗層基本上可以在與鋁塗層相同的條件下制備。在制備過程中,小心處理表層以不損壞塗層是極其重要的。由於這種薄膜經過氧化矽處理,其表面具有極佳的潤濕性,因此對墨水或粘合劑的選擇範圍很廣,幾乎可以兼容任何墨水或粘合劑。聚氨酯粘合劑是最理想的粘合劑,可以根據用途選擇油墨,無需表面處理。但陶瓷塗層和鋁塗層壹樣容易與聚乙烯復合,因為PET膜作為基材,在氧化矽表面塗覆或復合時,在高溫下直接與聚乙烯熔融,往往會拉長,從而破壞氧化矽表層,導致阻隔性能下降。同時,由於技術問題,PET膜在陶瓷電鍍過程中有時會出現卷曲現象,影響膜的質量。當然,這樣的問題正在解決。
陶瓷塗層最早用於薄固體面條的調味品包裝材料。其優異的包裝性能引起了人們的關註。由於這種薄膜具有極好的保味性,因此特別適合包裝容易升華的產品,如茶葉(樟腦)等揮發性物質。由於其優異的阻隔性能,有望不僅用作高阻隔包裝材料和食品包裝材料,而且用作微波容器的覆蓋材料和調味品、精密機械零件、電子零件、藥物和醫療器械的包裝材料。隨著加工技術的進壹步發展,如果這種膜的成本大大降低,將會得到迅速的推廣和應用。
折疊電池膜
固體氧化物燃料電池“863”項目(SOFC)長期開發新型中溫固體氧化物陶瓷膜燃料電池,並將陶瓷膜制備技術應用於SOFC生產,將SOFC正常高溫(1000~900℃)延伸到中溫階段(700~500℃)。中國科學技術大學無機膜研究所研制成功壹種新型中溫陶瓷膜燃料電池,該電池以陶瓷膜為電解質。電池組件減薄後,降低了電池內阻,提高了有用功率的輸出,實現了中溫不高溫,工作溫度降低到700~500℃。這種新型燃料電池繼承了高溫SOFC的優點,並降低了成本。這種陶瓷膜燃料電池具有廣闊的應用前景。
折疊式隔熱膜
2004年8月,基於金屬膜幹擾無線電信號、易氧化等缺點,中國華少科技有限公司與德國某著名工業研究機構合作,研發集成納米蜂窩陶瓷技術,將華少技術獨有的真空濺射技術應用於陶瓷隔熱膜的生產,創造出獨特的琥珀色陶瓷隔熱膜,解決了金屬膜無法逾越的技術難題。對無線電信號,尤其是衛星的短波信號沒有幹擾,永遠不會被氧化,因為陶瓷具有非凡的穩定性,從而保證了始終如壹的隔熱性能。永不褪色,陶瓷絕緣膜采用陶瓷固有顏色,不添加任何顏料。所以陶瓷絕緣膜永遠不會像染色的金屬壹樣褪色。超級耐用,陶瓷絕緣膜保質期10年,金屬膜壹般5年。經典的美感,如柳波般晶瑩剔透的美感,柔和的色彩,最舒適的視覺效果。琥珀納米陶瓷隔熱膜最早用於美國航天飛機和國際空間站,隨後廣泛應用於汽車、建築、海事等領域。由於其技術敏感性,該產品直到2003年才在中國銷售。