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文章来源: 中国化工报       发布时间:2019-01-30

1月29日,记者了解到,武汉工程大学和迪洁公司共同完成了一项目,实现了碳化硅陶瓷膜技术的产业化。我们建设的年产各型陶瓷膜产品2万平方米的生产线已达产,二期将继续建设一条4万平方米/年的生产线,力争将湖北迪洁膜科技有限责任公司建设成为全球最大的碳化硅陶瓷膜研发和生产基地。”在近期举行的高性能碳化硅陶瓷膜制备成套技术与产业化项目科技成果评价会上。

武汉工程大学携手迪洁公司实现碳化硅陶瓷膜技术的产业化

项目组发明了基于反应烧结结合重结晶烧结的复合制备方法,研制了孔隙率高、孔径分布窄和连通性好的高强度多通道纯碳化硅陶瓷支撑体,同时开发出新的涂覆集成技术;成功研制出超滤/微滤系列非对称多通道碳化硅陶瓷膜,并建成了成品率高达85%的示范线,产品已经广泛应用于化工、石油和食品等行业强酸、强碱和油水等苛刻环境的膜分离装备,产生了显著的经济和社会效益。


碳化硅陶瓷膜团队的首席教授是徐慢教授,团队包括有曹宏教授、石和彬教授、陈常连副教授、薛俊副教授、王树林副教授、季家友副教授、沈凡副教授等十多位教师。团队自2013年组建之初就把目标瞄准了研发面向未来的最新一代膜分离材料——碳化硅陶瓷膜。该材料具有通量大、耐高温、耐化学侵蚀、机械强度好、抗微生物能力强、渗透通量大、可清洗性强、孔径分布窄、使用寿命长等优点,其性能同氧化铝陶瓷膜、有机膜相比具备较大优势,具有广阔的应用范围和较好的市场前景。

武汉工程大学携手迪洁公司实现碳化硅陶瓷膜技术的产业化

碳化硅研发团队的研发成果已经引起了中央电视台《财经频道》、《人民日报》、新华社、《中国化工报》、《湖北日报》《楚天都市报》等主流媒体的宣传报道,引起社会广泛关注,项目也通过武汉化工新材料工业技术研究院专家评审,作为首批3个项目之一成功入驻武汉化工新材料工业技术研究院中试基地,并获得武汉化工新材料工业技术研究院60万元孵化资金,保证了中试系统实验有条不紊地进行。


据团队成员季家友博士介绍:“如今我们通过专利入股和专利质押的方式获得投资3800万元,我们将建设国内首条年产各型陶瓷膜产品20000支的生产线,二期将继续建设一条40000支的生产线,将迪洁膜建设成为亚洲最大的碳化硅陶瓷膜研发和生产基地,让碳化硅膜芯走入千家万户,为守护碧水蓝天奉献绵薄之力。”


艰辛:从陶瓷片样品到产品


碳化硅陶瓷膜是所有膜里面最新的产品,能让过滤网在高腐蚀性、易沉积等环境下有效过滤掉有害物质,主要应用于工业废水的处理。其原理是向孔内通入污水,水流压力使清水从外壁渗出,实现水和杂质分离。


操千曲而后晓声,观千剑而后识器。从陶瓷片开始,每片都需要进行分析:孔的分布,烧制温度,配方组分等,需要无数次的实验进行调整。研制过程周期长且复杂,中间经历过无数次的失败、无数次的反复、无数次的设备故障、无数次的研发思路争吵,发现问题调整思路,再发现问题再调整思路,每一次前进的一小步都是曲折的。


“材料表面看起来光滑,实际上分布的全是孔”,季博士告诉我们。配方设计、混料工艺、挤出工艺、涂敷工艺、排胶工艺、烧结工艺、孔径设计、结构设计等所有环节都是质量控制中必不可少的环节,任一环节都会影响最终产品性能。碳化硅陶瓷膜的孔径目前可达到40纳米。团队今后将一如既往地将碳化硅陶瓷膜事业做下去,继续研发20nm、10nm、1nm碳化硅陶瓷膜产品。


坚守:人心齐,泰山移


陶瓷膜研究团队的八位成员被季教授笑称为“八仙过海”。就是这八位老师,三个暑假两个寒假没有休息,所谓“少年辛苦终身事,莫向光阴情寸功”,如今的成果,都是大家不敢有丝毫倦怠换来的。所有参与陶瓷膜研发的研究生们也任劳任怨,加班加点不抱怨,条件艰苦不退缩。吴庭、王亮、李丹、罗马娅等为团队辛苦付出的同学们,在实验室、中试基地到处都留有他们曾经奋斗过的身影和故事。他们始终和老师们并肩战斗,几年的努力和执着使他们得到了较好的历练,有的同学继续深造了,有的同学留下和老师继续奋斗,所有项目参与的同学毕业后都有很好的发展。


没有高大辉煌的实验室,中试基地设在一个废弃的工厂;没有充足稳定的资金来源,教授们只能拿别的项目的钱“拆东墙补西墙”;没有充足的人力,他们只能相互鼓励抱团取暖。炎炎夏日坚守科研一线,瑟瑟寒冬不敢疲乏倦怠,斯是陋室,惟吾德馨。


季博士向我们介绍:“我们顶着巨大的压力,有时确实想放弃,这时总有人站出来鼓励大家继续前行。”团队性格互补,互帮互助,他们的智慧从劳动来,行动从思想来,荣誉从集体来,力量从团结来。独脚难行,孤掌难鸣,三年崎路,心不齐,山难移。回望过去三年种种,展望未来无限可能,这八个人组成的团队,想必即使岁月换了容颜,也仍然会驻守在科研第一线。


由中国工程院院士陈芬儿教授领衔的评定专家组认为,该项目科技成果成熟度9级、科技成果创新度4级,均达到最高级别,技术先进度6级(最高7级),项目整体技术和产品性能达到无需申请自动送彩金68先进水平。

武汉工程大学携手迪洁公司实现碳化硅陶瓷膜技术的产业化

据碳化硅陶瓷膜团队首席教授、湖北省环境材料与膜技术工程技术研究中心主任徐慢介绍,用碳化硅材料制备的碳化硅陶瓷膜具有强度高、热震稳定性好、通量大、运行成本低、使用寿命长等综合优势,是面向未来的新一代陶瓷膜材料。但碳化硅陶瓷膜的制备工艺复杂、技术难度大,且烧成机理有别于一般的氧化物陶瓷,目前仅有美国、丹麦、法国等国家的公司能够生产,国内所用碳化硅质膜材全部依赖进口,且价格高昂。


与其他主流陶瓷膜产品以及有机膜产品相比,武汉工程大学等开发的碳化硅膜可在强酸强碱(pH值0——14)、高温(800℃)等传统膜分离材料无法胜任的苛刻环境下长久使用,产品的通量、开孔率(45%)、强度等关键指标均达到无需申请自动送彩金68先进水平。项目组已经指导迪洁公司建设了国内首条拥有完全自主知识产权的年产各型陶瓷膜产品2万平方米的生产线,二期将继续建设一条4万平方米的生产线。


据了解,陶瓷膜是以陶瓷材料为介质制成的具有分离功能的无机分离膜,本质上是一种开孔孔隙率较高的多孔陶瓷,具有管式、板式等多种结构形式。陶瓷膜材料主要有氧化铝质、钛酸铝质、堇青石质、氧化锆质、碳化硅质等,市场常见产品以氧化铝材质为主。但氧化铝质陶瓷膜抗热震性差,堇青石质陶瓷膜高温不耐腐蚀,钛酸铝陶瓷膜强度低且高温易分解,氧化锆质陶瓷膜容易失稳开裂,这些缺陷限制了氧化物材质陶瓷膜在高温、强酸、强碱等严苛条件下的使用。


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