科创中国

行业领域

新材料技术

需求背景

20世纪70年代，多孔陶瓷膜在海水淡化预处理、废水处理等领域显示出了巨大的实际应用前景。但是多孔陶瓷膜推广应用仍然存在一些问题，主要表现在以下三个方面：可选的商品化陶瓷膜规格较少，成本高、空间利用率低，渗透效率低。现有技术的限制，使得生产成本较高，成品率偏低，高昂的售价使陶瓷膜的推广应用受限。国外生产的通道密集型陶瓷膜管具有较高的膜面积/体积比，但是对国内进行了严格的技术封锁。针对以上问题并结合国内外多孔陶瓷分离膜领域的研究开发现状，河南方周瓷业有限公司和清华大学依靠长期的技术合作，共同开发高效率、低成本水处理用新型密集通道陶瓷支撑体、多孔陶瓷分离膜及其装置。主要性能指标达标情况:预期的性能指标,膜面积/体积比≥600m<'2>/m<'3>,分离膜的孔径尺寸50-150 nm,纯水通量≥1800L/m<'2>.h,轴向抗压强度≥7MPa,气孔率20-40%.所达到的性能指标，膜面积/体积比≥701m<'2>/m<'3>,分离膜的孔径尺寸20-200nm可调,纯水通量≥2300L/m<'2>.h,轴向抗压强度≥7MPa,气孔率20-40%，可调。该项目的实施中，申请国家相关专利5项，已授权5项：4项授权发明专利，1项实用新型。共培养了博士后3人，博士4人、硕士2人，为行业未来的发展培养了一批高层次人才。相对于19通道陶瓷膜管组成的膜组件，由该项目膜组件的膜面积提高了70%以上，纯水通量可提高了50%以上，同时，其成本降低了约60～80%。而且若配套使用该项目研发的在线反冲洗装置，膜通量恢复率可达95%以上，反冲洗气泵吨水电耗***度，可节省能耗3-4倍；潜水泵吨水电耗***度，可节省能耗5-8倍。已能稳定地生产出纯水通量大于2500L/m<'2>h、抗压强度大于7MPa、工作压力在***之间、最高使用温度可达150℃、使用寿命为5-8年、pH值适用范围在1-14之间的高性能低成本多孔陶瓷分离膜，其性能指标已达到或超过国外Corning、NGK等公司的同类产品水平。因此，进一步扩展密集型多通道陶瓷膜管的性能，多孔陶瓷膜将具有更广阔的国产化应用前景。2012年起，公司开始在鹤煤集团九矿、杭州山堆某电镀厂、河南省游泳馆进行矿井水、电镀废水、室内游泳池水中试应用推广。2012年9月，巴西水狐狸公司总裁亲赴河南，签订了首批订货合同并确立了长期合作关系。2013年至今，公司分别在山东、四川、郑州、濮阳等地进行了全氟辛酸铵废水、乳化液废水、油田回注水等工程应用。因其各项优于有机膜的性能表现，2013年通过河南省科技厅组织的科技成果鉴定，并荣获鹤壁市2013年科技成果进步一等奖。

需解决的主要技术难题

降低陶瓷膜的生产制造成本是中心今后科研工作的一个重要方向。为进一步适应陶瓷膜高精尖技术的快速增长需求，引进高水平的专业人才，并形成一个可持续递进的人才梯队是一个不能松懈的基本保障。中心与吉林大学化学学院达成科技合作战略协议，定期互派人员技术学习及交流。中心与新加坡上市公司派宁环保科技达成平板膜合作技术开发协议，所研发的平板膜制造及应用技术成果双方共享。科研工作是一个资金消耗巨大的工作，单靠企业自身的力量，确实非常单薄，很多非常有前景的课题由于资金问题只能暂时搁置，坐失技术先机，十分可惜，还希望政府和上级主管部门能够給予大力支持。现在经济形势低迷，市场需求小，产品推广工作还需要进一步加强。客户对新产品认知和接受使用需要教育和培养。

期望实现的主要技术目标

通过大直径、通道密集型多孔陶瓷膜材料表征和中试实验，确定该陶瓷膜材料特性和设备组件处理含油废水运行参数如下。

　　1)大直径、通道密集型多孔陶瓷膜材料单支Φ142mm、孔数达到800~1200个，每立方体积膜面积720m2;支撑体和分离层呈单峰分布，平均粒径分别为***μm和***;支撑体内颗粒结合紧密，分离层表面平整无缺陷。

　　2)陶瓷膜含油废水处理设备产水与运行压力之间具有正比关系，不同压力条件下产水量可调可控.在***运行压力的条件下，设备产水量始终在***³/h上下波动，随着使用时间的增长产水量略有下降;当设备运行压力调至***，产水量虽迅速下降，设备产水量在***~***³/h范围内波动，平均产水量***³/h。

　　3)陶瓷膜含油废水处理设备具有反洗再生能力强的特性，在***、***的运行压力下工作，30min一次的反冲洗频率可确保系统反洗后产水量均能快速恢复并持续稳定运行.陶瓷膜管长期处理含油废水被污染后通量有所下降，经化学清洗后可恢复并显著提升其产水量。

　　4)该陶瓷膜设备能将原水含油量从***降至***，除油率大于***%;能将原水含油量从***浓缩至7660mg/L，浓缩***倍;能将悬浮物从***降至42mg/L，去除率为***%。

　　5)该设备持续在***、***压力下运行50d，累计运行493h，运行状态稳定，累计处理水量3139m³，累计耗电471度，吨水耗电***度，错流循环排出水累计627m³，错流出水占产水总量20%，累计反冲洗浓水排放35m³，占产水总量***%，整体系统回收率达到***%。

需求解析

解析单位：“科创中国”新材料产业科技服务团（中国颗粒学会） 解析时间：2023-11-28

杨柳

中国颗粒学会

研究员

综合评价

清晰，新型大直径通道密集型多孔陶瓷膜及组件研制与产业化过程中可选的商品化陶瓷膜规格较少，成本高、空间利用率低，渗透效率低。现有技术的限制，使得生产成本较高，成品率偏低，高昂的售价使陶瓷膜的推广应用受限。国外生产的通道密集型陶瓷膜管具有较高的膜面积/体积比，但是对国内进行了严格的技术封锁，造成在海水淡化预处理、废水处理等领域中的实际应用问题。

查看更多>

处理进度