陶瓷膜

陶瓷膜元件一、陶瓷膜简介陶瓷膜主要是A12O3，Zr02和Ti02等无机材料制备的多孔滤膜，具有有机膜无法替代的许多优点：化学稳定性好；耐酸、耐碱、耐有机溶剂；刚性和机械强度好；可反向冲洗；抗微生物侵蚀，不与微生物发生作用；抗化学药剂侵蚀；耐高温耐磨损；孔径分布窄，膜孔不变形；过滤精度高；抗污染能力强；附加或预处理工艺少；清洗容易操作简便，膜再生性能好；膜分离效率高等特点。

陶瓷膜在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、治金工业、机械加工等领域得到愈来愈广泛的应用。

陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等材料经特殊工艺制备而成的多孔非对称膜。

陶瓷膜过滤是一种“错流过滤”形式的流体分离过程：在压力作用的驱动下，原料液在膜管内流动，小分子物质透过膜，含大分子组分的浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。

陶瓷膜过滤精度涵盖微滤和超滤，微滤膜的过滤孔径范围在0.05μm至1.4μm之间，超滤膜过滤精度范围可在10KDa-50KDa之间。

可根据物料的粘度、悬浮物含量选择不同孔径的膜，以达到澄清分离的目的。

无机陶瓷膜具有耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高、抗微生物能力强、渗透量大、可清洗性强、孔径分布窄、分离性能好和使用寿命长等特点，目前已在化工与石油化工、食品、生物和医药等领域分离工艺获得成功应用。

陶瓷膜设备主要特点：1、机械强度大，耐磨性好；2、耐高温，适用于高温过滤过程；3、使用寿命长，设备综合成本低，性价比高；4、PH耐受范围宽，耐酸、耐碱、耐有机溶剂及强氧化剂性能好；5、易清洗，可高温消毒、反向冲洗，适于除菌过滤过程；6、使用寿命长，某些行业使用寿命大于5年，设备综合成本低，性价比高7、自动化，半自动化，手动设计系统兼备，操作方便8、可以实现连续进料、连续出滤渣和滤液9、具有高的切向流速，降低膜表面的浓差极化现象，膜通量稳定关于发酵液澄清除杂新技术点击次数：279 发布日期：2009-6-16 来源：本站仅供参考，谢绝转载，否则责任自负BFM膜分离系统简介在各种发酵液制药生产中，除杂澄清过滤中使用膜分离技术产生的能耗大、膜易污染、占地大、投资大等问题。

在有些中药和原料药等的生产过程中，由于原料粗糙，通常采用平板膜或陶瓷膜过滤的工艺方式，但系统膜面积装填密度小、投资大、占地面积大、膜抗污染程度低、运行成本高等缺陷使应用受到限制。

然而如果采用卷式膜，虽然装填密度大、投资小、占地面积小、运行成本低的特点，但由于对进料要求高（需达到真溶液要求），使整个分离工艺变得复杂，系统可靠性和稳定性变差；目前，在已应用的工业系统中，大部分系统故障都是因进料条件不能满足要求而导致的。

为此，厦门天泉鑫专门针对以上问题，组织相关技术领域专家学者，进行攻关研制。

于今年推出的BFM膜分离设备，并已经在乳酪废水蛋白回收、赤霉素发酵液板框滤液现场中试实验验证，得到用户肯定，其技术性能稳定、经济性十分显著，已形成合作意向。

天泉鑫BFM膜分离系统集结平板膜和卷式膜优点，进料要求低，分离效率高、能耗居中、工艺流程简捷等优点，大大简化了工程规模，减少了投资成本。

将天泉鑫BFM膜分离系统现有工艺进行有机结合，使得BFM集成膜分离系统应用于发酵液的生产中，将带来一个新的生产工艺技术革命！天泉鑫BFM集成膜分离系统有如下优点：★具有高耐污染性，对药液预处理要求低，可长时间高通量分离。

★过滤精度高，滤液澄明度高，杂质含量少；能同时去处悬浮颗粒，菌体、鞣质、淀粉、胶体、蛋白、部分色素等大分子，从而使后续浓缩时的膜污染减小了，通量增加，清洗周期和使用寿命得到延长。

★膜元件寿命长、清洗简便费用低，操作过程稳定，产品质量能得到充分保证。

★并配套其它膜浓缩工艺，形成膜集成系统，工艺技术设置国内尚属首例，且设备符合 FDA 、 GMP 标准。

平板式膜系统具有对进料要求低，安装不同的膜可一步达到除杂澄清和分离的目的，基本形式有窄沟流道式和湍流式两种，尤其湍流式在工业应用中以其高效率得到了广大客户的好评；但投资大、密封线太长易漏液等缺陷使应用受到限制，工业上只用于低压的微滤和超滤范围。

而且为了实现强制湍流，组件设计上将膜支撑板设计成凹凸不平的形状，使膜在溶液的压力下按照支撑板的形状形成凹凸不平的流道，实现对料液的强制湍流，但这样带来膜的凸起部分极易受到水力冲刷而破损，从而使膜的寿命缩短，而组件分段的折流式设计，在膜的入口产生强大的湍流，使膜迅速剥离而报废。

卷式膜系统具有膜的装填密度大，密封性好，投资小的特点。

因此，工业上全面覆盖了微滤、超滤、纳滤和反渗透。

但由于对进料要求高（达到真溶液要求），使整个分离工艺变的复杂，系统可靠性和稳定性变差；目前，在已应用的工业系统中大部分系统故障都是因进料条件不能满足要求而导致的。

BFM(bent flat membrane)膜分离系统保留平板膜系统对进料要求低，湍流效率高的特点，又吸取卷式膜系统密封性能好的优点，从而兼容了平板式和卷式各自的优点，大大简化工程工艺，减少投资成本。

BMF膜组件是利用格网形成流道并强制湍流，膜表面平滑不变形，组件生产工艺成熟稳定，从而确保膜元件安全可靠。

BFM膜分离系统采用全新的料液直流设计，料液流动的动力特性大大优于平板膜，膜的装填面积远远大于平板膜系统，从而使配置功率和运行成本大大低于平板膜系统，投资成本远远低于平板膜系统。

BFM膜分离系统可广泛用于食品行业饮料澄清、浓缩；医药行业发酵液除菌丝、蛋白，澄清；废水行业中水回用等众多领域。

其预处理要求低，只需要简单的去除损伤膜的物质，而不需要达到完全澄清的水平，即可安全稳定地运行。

工业BFM膜系统与工业Ultra-flo膜系统性能对照如下：通道数 1 7 19外径(mm) 13 25 30内径(mm) 9 6 4长度(mm) 1000 1000膜面积(M2) 0.033 0.132 0.24材质氧化铝膜孔径(μm) 0.05，0.1，0.5，2耐酸碱pH 1~14使用压力(MPa) <1.0使用温度(℃) <250 化学清洗法选择化学药品(试剂)的原则是不能与膜及其他组件材质发生任何化学反应，不能由于使用化学药品(试剂)而产生二次污染。

3.2.1 碱溶液清洗法：主要清除蛋白、油脂等的污染。

常用的碱有氢氧化钠和氢氧化钾。

3.2.2 酸溶液清洗法：主要清除部分不溶性物质、无机盐及DNA。

常用的酸有盐酸、硝酸、柠檬酸和草酸等。

3.2.3 氧化性清洗法：主要清除可溶性的、胶体状的和悬浮性的有机物，另外还有杀菌的作用。

常用的氧化剂有双氧水、氯或次氯酸钠等。

3.2.4 加酶洗涤剂清洗法：主要清除蛋白质、多糖、油脂类污染。

常用的酶洗涤剂有胃蛋白酶、胰蛋白酶等。

2 陶瓷分离膜制备方法2.4固态粒子烧结法烧结法是选择氧化铝为原料,添加适量助溶剂、粘合剂、增塑剂等 ,经成形在一定温度下烧结而成。

烧结过程中 ,粉末颗粒间相互接触部分被烧结在一起 ,粉末间的空隙形成相互贯通的微孔 ,孔径范围为0.1600μm ,适应于微孔过滤 ,所以该法被用来制备多层复合膜中的大孔陶瓷支撑体及中间层。

陈艳林等以淀粉作造孔剂 ,利用普通陶瓷原料为主 ,适当添加高温粘结剂 ,用烧结法制备出气孔率较大 ,气孔分布均匀、抗压强度较大的多孔陶瓷。

3 陶瓷分离膜的过滤机理陶瓷分离膜的过滤机理包括静态过滤和动态过滤。

3.1静态过滤静态过滤或称“死端”过滤是一种传统过滤方式。

对陶瓷膜来说,其过滤是集吸附、表面过滤和深层过滤结合。

对液—固、气—固系统的过滤与分离来讲,其过滤机理主要是惯性冲撞、扩散和截留。

3.2动态膜过滤动态膜过滤又称十字流过滤。

十字流过滤的原理是使原料液从很高的流速平行流过膜表面 ,以限制溶质向膜面的沉聚;同时还有助于强化膜面已沉积的溶质向主体流扩散 ,从而有效地削弱浓差极化 ,实现高速连续过滤操作。

3.2.1反渗透反渗透亦称逆渗透(RO) 。

是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜(或称半透膜)分离出来。

因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。

根据各种物料的不同渗透压,就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

3.2.2超滤超滤的作用原理为滤膜的筛除作用 ,即在一定压力作用下 ,超滤膜的孔隙能通过溶液及由溶液带走的小于滤膜孔隙尺寸的溶质 (如无机盐类) ,而截留大于孔隙尺寸的溶质(如有机物胶体等) 。

超滤膜主要应用于液体中的颗粒物、胶体和大分子与溶剂等小分子物质的分离 ,如溶液中细菌、热源、病毒以及胶体蛋白质、大分子有机物 ,分别实现净化分离和浓缩的功能。

3.2.3纳滤纳滤( NF ) 膜早期称为松散反渗透( LooseRO ) 膜。

纳滤膜介于反渗透与超滤膜之间 ,NF 膜主要去除直径为纳米级的溶质粒子 ,截留分子量为 100～1000 ,几乎对所有的溶质都有很高的脱除率 ,其操作压力一般小于 1.5MPa。

3.2.4微滤微滤与超滤和反渗透膜技术相比 ,微滤的过滤速率要高 24 个数量级 ,特别是进料的悬液已不再是超滤和反渗透的单相流体 ,一般都是固液两相流体。

陶瓷分离膜的应用研究4.1膜的微观结构对渗透通量的影响4.1.1膜孔径的影响膜孔径是影响通量和载体截流率等分离性能的主要因素 ,一般说来 ,孔径越小 ,对粒子或溶质的截留率越高而相应的通量往往越低。

4.1.2膜厚度的影响膜厚度对膜性能的影响主要表现在渗透通量上 ,由于膜厚度的增加必然使流体通过的路程增加 ,因此过滤阻力增加 ,通量下降。

4.1.3膜孔隙率的影响孔隙率高的膜具有较多的开孔结构 ,所以在相同的孔径下具有高的渗透通量。

一般来说 ,多孔无机膜特别是陶瓷膜 ,其膜层的孔隙率在20 %60 %之间 ,支撑体孔隙率高于分离层 ,对微滤膜而言,孔隙率大于 30 %。

4.2膜材料性质的研究膜材料的亲水性和膜表面荷电性对实际体系的分离性能有很大影响,膜表面性能的电化学性质会对膜和流体之间的作用本质和大小产生影响,从而影响溶质和溶剂(或大分子颗粒)通过膜的渗透通量。

通常表征膜表面电化学性质是膜的ζ电势和等电点,也有用表面电荷和零电荷点等来表征。

4.3溶液性质对膜过程的影响溶液性质是指液粘度、pH、离子强度、电解质成分等。

这些性质直接影响到与之接触的膜的表面性质,同时溶液性质的变化还会改变其中所含的待分离的颗粒或大分子溶质的性质 ,造成膜与溶剂、与颗粒溶质等之间的作用发生变化 ,从而影响到膜的分离性能。

一般认为 ,pH 及离子强度的变化会改变体系性能如胶体。

4.4操作参数对膜分离过程的影响操作条件的优化是膜应用过程研究的另一个重要方面。

不同操作条件下(过膜压差、膜面流速和温度等)对膜分离性能的影响很显著。

相同的膜装置在优化的操作参数下工作 ,能提高膜的拟稳定通量(在膜过滤过程中 ,当通量不再衰减时 ,此时膜过滤处于拟稳定态 ,该阶段对应的通量即为拟稳定通量) ,减少膜面积 ,降低能耗 ,节约工业生产成本 ,因此 ,确定一套合适的操作参数是决定膜过滤过程的一个主要方面。