陶瓷膜分離工藝是一種“錯流過濾”形式的流體分離過程:原料液在膜管內高速流動,在壓力驅動下含小分子組分的澄清滲透液沿與之垂直方向向外透過膜,含大分子組分的混濁濃縮液被膜截留,從而使流體達到分離、濃縮、純化的目的。
陶瓷膜是由孔隙率30%~50%、孔徑50nm~15μm的陶瓷載體,采用溶膠-凝膠法或其它工藝制作而成的非對稱復合膜。用于分離的陶瓷膜的結構通常為三明治式的:支撐層(又稱載體層)、過渡層(又稱中間層)、膜層(又稱分離層)。其中支撐層的孔徑一般為1~20μm,孔隙率為30%~65%,其作用是增加膜的機械強度;中間層的孔徑比支撐層的孔徑小,其作用是防止膜層制備過程中顆粒向多孔支撐層的滲透,厚度約為20~60μm,孔隙率為30%~40%;膜層具有分離功能,孔徑從0.8nm~1μm不等,厚度約為3~10μm,孔隙率為40%~55%。整個膜的孔徑分布由支撐層到膜層逐漸減小,形成不對稱的結構分布。
陶瓷膜根據孔徑可分為微濾(孔徑大于50nm)、超濾(孔徑2~50nm)、納濾(孔徑小于2nm)等種類。進行分離時,在外力的作用下,小分子物質透過膜,大分子物質被膜截留,從而達到分離、濃縮、純化、去雜、除1菌等目的
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多孔陶瓷膜的構型主要有平板、管式和多通道3種,其中平板膜主要用于小規模的工業生產和實驗室研究。管式膜組合起來形成類似于列管換熱器的形式,可增大膜裝填而積,但由于其強度問題,已逐步退出工業應用。規模應用的陶瓷膜,通常采用多通道構型,即在一圓截面上分布著多個通道,一般通道數為7、19、37等。無機陶瓷膜的主要制備技術有:采用固態粒子燒結法制備載體及微濾膜、采用溶膠凝膠法制備超濾及納濾膜、采用分相法制備玻璃膜、采用專門技術(如化學氣相沉積、無電鍍等)制備微孔膜或致密膜等,其基本理論涉及材料學科的膠體與表面化學、材料化學、固態離子學、材料加工等。
包裝膜
在食品包裝領域,引人注目的是具有高功能性和良好環保適應性的透明鍍陶瓷膜。這種膜盡管價格較高,物理性能還有待進一步改進,但可預期在不遠的將來它將在食品包裝材料中占據重要的地位。陶瓷膜的加工鍍膜方法與通常的鍍金屬方法相似,基本上按己知的加工法進行。鍍陶瓷膜由PET(12μm)陶瓷(SiOx)組成。氧化硅能分成4類,即SiO、Si?O?、Si?O?、SiO?。然而,在自然界它們通常以SiO?形式存在,因此根據鍍金屬條件,它們的變化很大。對這種膜的主要要求是具有良好的透明度、極1佳的阻隔性、優良的耐蒸煮性、較好的可透過微波性與良好的環境保護性以及良好的機械性能。 鍍陶瓷膜基本上可以用制作鍍鋁膜一樣的條件制取,在制取過程中,仔細處理表面層,不使鍍層受到損傷是極其重要的。由于這種膜是由氧化硅處理的,表面具有極好的潤濕性,因此,它在油墨或粘合劑的選擇范圍上比較廣,幾乎與任何油墨或粘合劑都能親和。聚氨酯類粘合劑是最可取的粘合劑,而油墨可以按用途任意選擇,不用進行表面處理。然而,鍍陶瓷膜像鍍鋁膜那樣容易向聚乙烯復合,因為PET膜作為基材料,當其氧化硅表而直接熔融聚乙烯高溫涂布或復合時,易趨向于伸長,從而破壞氧化硅表面層,導致阻隔性下降。同時,由于技術工藝上的問題,PET膜在鍍陶瓷過程中有時會發生卷曲,從而影響膜的質量。當然,這類問題正得到解決。