在景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,常啟兵拿著一片碟片狀的陶瓷膜,他告訴記者,這是我國自主生產(chǎn)的碟狀陶瓷膜,在處理高粘度、高固含量料液方面具有獨特的優(yōu)勢,兼具有了管式陶瓷膜和平板陶瓷膜的技術(shù)優(yōu)勢,代表了陶瓷膜的技術(shù)發(fā)展方向。
(碟狀陶瓷膜)
景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)作為以陶瓷命名的大學(xué)繼續(xù)傳承著千年窯火。一群科技工作者在這所大學(xué)中為陶瓷的發(fā)展默默奉獻(xiàn),景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)教授常啟兵就是其中一位。
常啟兵初次接觸陶瓷膜是在2000年,那時剛進(jìn)入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)攻讀研究生。
“初生牛犢不怕虎,總認(rèn)為陶瓷膜不過是一種多孔陶瓷,研究相對簡單。然而隨著研究的深入,才發(fā)現(xiàn)陶瓷膜是一個‘矛盾匯集體’:分離膜層厚了,滲透通量下降,分離膜層薄了,容易無法完全覆蓋支撐體,產(chǎn)生大孔缺陷;分離膜孔徑小了,能有效攔截,但滲透通量下降;分離膜孔徑大了,無法攔截,甚至更容易堵塞膜孔,失去滲透通量。”常啟兵回憶,“在解決問題的過程中,覺得總是‘壓下葫蘆浮起瓢’。每一種控制都需要小心翼翼。好在經(jīng)過不斷地摸索,我逐漸掌握了陶瓷膜的科學(xué)規(guī)律和關(guān)鍵制備技術(shù)?!?/span>
然而,陶瓷膜作為分離技術(shù),本身就需要通過規(guī)模化應(yīng)用才能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益,單純的實驗室研究所發(fā)揮的作用有限。作為行業(yè)性院校,景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)在科研技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移方面具有濃厚的氛圍,這為陶瓷膜的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。
常啟兵自2007年進(jìn)入景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)后如魚得水,先后作為主要成員完成了《納米涂層修飾陶瓷膜及其在油水分離中的應(yīng)用》《陶瓷膜產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)升級的研究》等3個國際科技合作項目以及主持《超薄Al2O3平板陶瓷膜的成膜過程及其在含油廢水處理的抗膜污染性研究》等自然科學(xué)基金項目。經(jīng)過長期的技術(shù)積累,形成了17項發(fā)明專利技術(shù)。以此為基礎(chǔ),通過技術(shù)入股方式,合作成立了重慶兀盾納米科技有限公司,開啟了陶瓷膜的產(chǎn)業(yè)化之路,重點生產(chǎn)管式陶瓷膜和平板陶瓷膜系列產(chǎn)品。
陶瓷膜的順利產(chǎn)業(yè)化并沒有阻止常啟兵的前進(jìn)腳步,反而使其研究更貼近市場,對市場需求有著更強(qiáng)的敏感性。
在一次偶然的機(jī)會,常啟兵接觸到一個殘破的圓盤狀的陶瓷,被告知這是一種陶瓷膜?;趶?qiáng)烈的技術(shù)敏感性,他意識到這種陶瓷膜兼具有了管式陶瓷膜和平板陶瓷膜的技術(shù)優(yōu)勢,在處理高粘度、高固含量料液方面具有獨特的優(yōu)勢。
常啟兵為這種新型陶瓷膜取名為碟式陶瓷膜。
(碟式陶瓷膜的內(nèi)部孔道)
碟式陶瓷膜具有飛碟式的外部形狀,內(nèi)部含有螺旋形的滲透通道,具有分離功能的膜層在碟式陶瓷膜的外表面。滲透液通過碟式陶瓷膜表面進(jìn)入到內(nèi)部的滲透通道,然后通過中空的中心軸流出體系。
“由于碟式陶瓷膜具有復(fù)雜的形狀,不要求具有飛碟式的外部形狀,內(nèi)部含有螺旋形的滲透通道且滲透通量只能在碟式膜中心開口,且為了滿足旋轉(zhuǎn)的需要,碟式膜還必須具有規(guī)整的外形尺寸和居中的重心,這大大增加了碟式陶瓷膜的制備難度。”常啟兵說。
功夫不負(fù)有心人,在長期陶瓷膜制備技術(shù)積累的基礎(chǔ)上,經(jīng)過3個月的嘗試,常啟兵發(fā)展出輥軋成型-干壓成型制備碟式陶瓷膜的技術(shù),降低了陶瓷膜支撐體的制備技術(shù)難度,特別是控制碟式膜內(nèi)部孔道的尺寸規(guī)范性,進(jìn)而提高碟式膜重心可控,大幅提升了產(chǎn)品的成品率,降低了碟式陶瓷膜的成本,解決了碟式陶瓷膜的復(fù)雜成型和形變控制等核心問題,并實現(xiàn)了量產(chǎn)。
不滿足于技術(shù)模仿,在現(xiàn)有碟式陶瓷膜的基礎(chǔ)上,常啟兵又進(jìn)一步開發(fā)出微孔道碟式陶瓷膜和外支撐碟式陶瓷膜,從而滿足不同的應(yīng)用需求。
“微孔道碟式陶瓷膜具有一體化結(jié)構(gòu),大幅提升了碟式陶瓷膜的有效過濾面積。而外支撐碟式陶瓷膜在提高碟式陶瓷膜強(qiáng)度的同時,還進(jìn)一步強(qiáng)化了對料液的擾動,減少了膜表面濃差極化和濾餅層厚度。這兩種新構(gòu)型碟式膜的進(jìn)一步開發(fā),將豐富碟式陶瓷膜的產(chǎn)品類型,可適應(yīng)多種料液處理的需求?!背⒈f。?