《高性能碳化硅陶瓷膜制备成套技术与产业化》

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项目属于化工科学技术学科与材料科学技术学科交叉融合技术领域。

分离是化工生产过程“三传一反”中的重要环节。膜分离是分离工艺中的新兴技术,对于分离的精度和效率至关重要。分离的精度和效率主要取决于膜材料。近年以来,随着膜科学及其分离技术的迅速发展,膜材料被广泛应用众多领域的液固与液液分离,到2017年,中国膜生产及其相关配套企业已超过2000家,膜行业总产值超过了2000亿人民币。氧化物陶瓷膜经过20多年的发展,因为分离精度高、耐高温、耐有机溶剂等的特点,在中国得到了较广泛的应用,但其在高温蒸汽存在、热腐蚀溶液以及浓缩碱性/酸性溶液等的苛刻体系或条件下难以稳定使用的缺点,限制了其在对膜材料有苛刻要求的领域如精细化工、新能源的发展与环境保护等的进一步推广与应用。高性能陶瓷膜材料的研究与开发日益成为膜产业发展的核心和关键。

纯碳化硅陶瓷膜除具有氧化物陶瓷膜的共性外,还具有耐强酸强碱、高抗热震和与水润湿角近乎为零等优异性能,具有油水分离和苛刻条件下长期稳定运行等显著优势,是国际上公认的最新一代膜产品。项目组在湖北省技术创新专项重大项目与湖北省科技支撑计划项目的支持下,对纯碳化硅陶瓷膜制备的关键环节开展理论研究与技术创新,对工程化成套技术及装备进行协同攻关与系统集成,在多通道非对称纯碳化硅陶瓷膜的制备技术、产业化及应用技术方面形成了全面突破。

项目建立了高温气流状态下碳化硅反应烧结过程中气态SiO扩散路径控制理论,发明了反应与重结晶复合的烧结方法,实现了多通道纯碳化硅陶瓷膜支撑体的一次性烧成制备,其SiC含量高于99.4%,开孔孔隙率高于45%,抗折强度大于25MPa。基于毛吸与增压技术协同控制的浆料涂敷工艺与设备,构建了浆料流体压力、浸浆时间等工艺参数与不同孔径膜层品质之间的量化关系,研制出涵盖微滤、超滤的系列高品质非对称多通道碳化硅陶瓷膜。研制了工业化涂膜、烧结与产品快速检测等关键环节的技术装备,建立了碳化硅陶瓷膜生产质量控制体系,建成了国内首条年产2万平方米高性能碳化硅陶瓷膜生产线。开发了系列碳化硅陶瓷膜组件、反冲洗系统以及膜成套设备,成功应用于化工过程分离、医药提纯、机械加工水基切削乳化废液回收再用、工业水处理等众领域。

该项目具有完全自主知识产权,获得授权国家发明专利6项、实用新型专利5项,其中1项核心专利获得第十届湖北省专利金奖。研究成果在湖北省迪洁膜科技有限责任公司成功转化,先后为多家用户提供碳化硅陶瓷膜产品与技术服务,近3年合计创造新增销售额90682万元,新增利润

20224万元。项目成果体现了中国在高性能陶瓷分离膜技术领域的重大突破,经湖北技术交易所组织科技评价,专家们一致认为项目整体技术和产品性能达到了国际先进水平。

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