项目培育单位:武汉化工新材料工业技术研究院
项目建设地点:武汉工程大学
产品用途:医药、电子、化工、食品、海水淡化等领域。
一、项目简介
膜分离技术被认为是一种高效节能的新型分离技术，是解决人类面临的能源、资源、环境等重大问题的有效手段。有资料显示，21世纪初，全球膜及其装备的年销售量超过600亿美元，年增长率在30%左右。甚至有专家预言，21世纪膜技术以及膜技术与其他技术的集成技术将在很大程度上取代传统分离技术，达到节能降耗、提高产品质量的目的，极大地推动人类科学技术的进步，促进社会可持续发展。膜技术的应用将涉及化学工业、石油与石油化工、生物化工、食品、电子、医药等行业，以膜技术为核心开发的净化水和净水设备将深入到千家万户。
武汉工程大学碳化硅膜研发团队现拥有一个省级科研平台——湖北省环境材料与膜技术工程技术研究中心，团队研究方向稳定，团队近年来一直聚焦在高通量碳化硅陶瓷膜研发及应用领域。拟继续围绕碳化硅膜新产品开发深入开展后续研究工作及生产工艺优化工作，围绕核心技术已有多项授权发明专利，迄今获取6项发明专利、8项实用新型专利，力争将国产碳化硅膜系列产品技术水平提高到世界领先水平。已经建成了国内首条年产4万支产品的生产线，膜面积可达2万平方米的生产线。能为客户提供孔径在3um-0.04um的多通道错流过滤管式陶瓷膜、大通量板式陶瓷膜元件及成套的专业化设备，未来致力于成为世界产能最大、研发能力最强的碳化硅陶瓷膜生产基地。
二、项目技术团队负责人介绍
徐慢，博士生导师。主要科学研究领域为功能材料研究、材料复合与加工新技术、材料基础研究与材料设计；先后承担国家863计划、国家自然科学基金、国家火炬计划等研究项目，其中"超细锑白粉"研究获国家火炬计划优秀项目奖；在《材料导报》、《人工晶体学报》、《功能材料》等国内重要学术刊物上公开发表学术论文30余篇，授权国家发明专利8项。
本团队拥有教授7人，副教授7人，（博导2人、硕导12人、研究人员全部为博士），另有高水平的非编制研究人员和合作研究人员多名。研究人员均毕业于国内知名重点院校或科研院所，长期从事节能材料、膜材料、膜过滤技术及相关领域的教学与科研工作，人员年龄、学历、能力结构合理，年富力强。团队一直秉承技术为产业化服务的理念，以构架产学研“桥梁”为出发点，以高通量碳化硅陶瓷膜系统集成技术和产业化为主要研究对象，从先进性、系统性、工程性角度，着重从事先进材料的理论研究、解决方案提供、技术咨询和相关新产品研发等领域工作，同时培养新材料领域、膜分离领域复合型、高层次人才。近三年年来团队承担国家级项目3项，省部级项目10余项。授权专利20余项，发表高水平文章50余篇。培养研究生30余人。
三、项目优势
（1）国内外相关的研究开发情况及知识产权现状
目前碳化硅膜国际上只有少数几个国家开发出碳化硅陶瓷膜产品，国内仅有一家公司实现了量产。作为陶瓷膜领域最高端的产品，国内水处理领域所需的碳化硅膜材料全部需要进口，材料的价格、供应受到外国公司垄断，产品价格昂贵，制约了碳化硅陶瓷膜推广的速度和范围。本项目实施碳化硅膜系列产品的产业化，打破国外垄断、填补国内空白。因此碳化硅膜在国际上专利申请和公开数量并不多，但是处在快速增长的阶段。急需迅速投入力量夯实该领域的专利布局。全球陶瓷膜行业的专利主要集中在美国、日本等发达国家，中国市场潜力较大。从现有专利技术领域来看，主要分布在过滤，包装，电池，隔热等技术领域，以过滤为主。
从重要专利申请人来看，栗田工业、久保田、日立、日本碍子、日本电气、东丽、JSR、普莱克斯技术有限公司、南京工业大学，膜技术与研究所、旭化成，清华大学均有相关高频引用专利。结合应用领域和技术的不同，研发的侧重点所不同，存在有竞争及战略合作的可能性，行业发展的机会和挑战并存。
在高校文献方面，与陶瓷膜应用领域相关的水处理和食品工业是文献研究的热点。文献来源主要为各大高校，主要的应用技术领域包括水处理，食品工业，生化和制药工业，气固分离，膜催化等。国外生化和制药工业和气固分离等领域的专利申请量都达到了60%以上，反映了国外企业对这两个领域的研究的重视程度。在引用频次较高的专利中，MEDALERT INC的催化陶瓷膜蒸汽-烃重整器、APPLIED MATERIALS INC的装置和半导体处理室的表面清洗方法都获得较大的关注度。
在碳化硅膜专利技术分布上看，主要仍分布在碳化硅膜制备、制作膜过滤器；相对于迪洁膜科技申请领域更为广泛，不仅仅用在水处理，还可以用在气体过滤。如由于生物质原料本身的燃尽性差，生物质气化炉制备出来的生物质燃气都含有大量的飞灰、固体颗粒和焦油。为了减少可燃气中碱性灰尘对下游设备的腐蚀及对管道的堵塞，在低能耗下实现可燃气的高效净化，必须在高温条件下直接进行气固分离。同时，在气体净化的过程中要尽可能的避免焦油凝结造成的设备腐蚀和管道堵塞等问题。由于生物质可燃气温度较高，容易造成布袋使用周期下降，同时，生物质可燃气含尘量较高，使除尘箱负荷过重，电磁阀喷吹次数增加，碳化硅陶瓷膜便能很好的解决问题。总之，碳化硅膜具有非常广泛的应用领域，目前的专利布局和竞争处于起步阶段。
图1现有碳化硅陶瓷膜专利技术分布
（2）本项目现有技术基础和专利储备
表1本项目现有技术基础和专利储备
序号 |
标题 |
摘要 |
申请日 |
1 |
一种净水用梯度碳化硅陶瓷膜的制备方法 |
本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种净水用梯度碳化硅陶瓷膜的制备方法，包括有以下步骤：1)碳化硅陶瓷支撑体制备；2)碳化硅中间层的制备；3)碳化硅膜层的制备，最终制得净水用梯度碳化硅陶瓷膜材料。本发明的有益效果在于：制得的碳化硅陶瓷膜材料，连通孔隙率高，气孔分布呈梯度，强度高、纯水通量高、耐强酸碱，不同层次界面粘结强度高，操作简便、成品率高。所制备的净水用梯度碳化硅陶瓷膜材料，抗折强度＞30MPa，纯水通量大于5m3/(m2h)，pH值耐受范围0-14。 |
2014-08-20 |
2 |
一种孔隙率可控的多孔碳化硅陶瓷的制备方法 |
本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种孔隙率可控的多孔碳化硅陶瓷的制备方法，包括有以下步骤：1)多孔碳化硅素胚的比例设计；2)多孔碳化硅陶瓷的素胚成型；3)多孔碳化硅陶瓷的烧制，得到所需要的多孔碳化硅陶瓷。本发明的有益效果在于：通过组成比例设计，即控制碳化硅、金属硅粉、有机粘接剂的比例，使反应产物主要为碳化硅；此外，控制三者混合后的密度，可实现多孔碳化硅陶瓷孔隙率的准确控制，可制备出孔隙在40％-80％之间可控的多孔碳化硅陶瓷制品，具有孔隙率可控，孔隙均匀的特点。 |
2014-08-20 |
3 |
一种纯碳化硅多孔陶瓷膜的制备方法 |
本发明涉及纯碳化硅多孔陶瓷膜的制备方法，包括有以下步骤：1)碳化硅素胚的成型；2)碳化硅膜层的涂覆；3)纯碳化硅多孔陶瓷的烧结。本发明的有益效果在于：由于碳化硅相比氧化铝、堇青石、莫来石等具有良好的耐高温、耐腐蚀和抗热震性能，本发明提出由细颗粒的碳化硅作为粘结剂，将大颗粒的碳化硅作为骨料，复合造孔剂等材料，形成一种纯碳化硅多孔陶瓷膜材料，必将大幅提升膜材料的耐高温、耐腐蚀和抗热震性能，极大的拓宽了无机陶瓷膜的使用范围和在严酷条件下的使用寿命，具有广阔的应用前景。 |
2014-09-23 |
4 |
一种氮化硅结合碳化硅多孔陶瓷膜的制备方法 |
本发明涉及氮化硅结合碳化硅多孔陶瓷膜的制备方法，包括有以下步骤：1)素胚的成型；2)膜层的涂覆；3)烧结。本发明的有益效果在于：本发明利用氮化硅结合碳化硅陶瓷耐高温、抗氧化、抗腐蚀、抗热震性能好的特点，制备具有高连通孔隙结构的氮化硅结合碳化硅多孔陶瓷膜材料，在高温使用环境，比如高温气固分离、高温液固分离、高温催化载体等方面具有广阔的应用前景。 |
2014-09-23 |
5 |
一种低温烧结的多孔碳化硅陶瓷的制备方法 |
本发明涉及低温烧结的多孔碳化硅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：1)将SiC粉末：SiC烧结助剂：无水乙醇：聚乙烯醇混合研磨，干燥，得到SiC多孔陶瓷烧制原料；2)采用挤出成型机制成多通道管状试件，再放入200℃马弗炉中预烧2h，随炉冷却，制得多通道管状SiC多孔陶瓷素胚；3)将步骤2)制得的多通道管状SiC多孔陶瓷素胚，放入管式炉中，在氮气气氛下，按6℃/min的速度升温至200℃，再按9℃/min的速度升温至1200—1300℃，并保温2h，完成后随炉冷却至室温，制得SiC多孔陶瓷。本发明的有益效果在于：具有高连通空隙率及高抗折强度，提升了其使用性能，并且可在较低的温度下烧结，节约了能源。 |
2014-06-27 |
6 |
一种无机纳滤膜及其制备方法 |
一种无机纳滤膜及其制备方法，所述无机纳滤膜包括第一碳化硅层和SiC多孔基体，所述第一碳化硅层是由Si3N4胶体在所述SiC多孔基体的表面高温烧结后形成；所述Si3N4胶体是以Si3N4粉末作为反应源的胶体。本发明提出一种孔径在2‑5nm、粘结强度大于5MPa的无机纳滤膜，且其膜的颗粒形貌圆润规则，分离效率大大的提高，所述无机纳滤膜的制备依次通过胶体涂覆、干燥、一次烧、真空保温以及二次烧结获得，所制的纳滤膜的颗粒形貌圆润规则，与支撑体材料粘结强度高。 |
2016-02-02 |
7 |
一种便携式野外快速净水装置 |
本实用新型涉及一种便携式野外快速净水装置，包括过滤体和接水体，过滤体设置在接水体上端，其特征在于，所述过滤体包括三个过滤层，内层为碳化硅陶瓷层，中间层为碳化硅烧结体过渡层，外层为碳化硅烧结体支撑层。本实用新型利用碳化硅良好的亲水性，将其作为过滤材料进行污水过滤净化，净化得到的水质可达到直接饮用的标准，且无需施加其他外力，仅靠过滤体中污水自身重力实现过滤净化，达到快速净水的效果。所述装置结构简单，使用方便，对于在救援救灾、户外探险和野外勘探等特殊情况下进行快速净水，具有重要的实际应用意义。 |
2014-08-29 |
8 |
一种净水用无机陶瓷膜过滤组件 |
本实用新型公开了一种净水用无机陶瓷膜过滤组件，包括第一管体和与第一管体轴向连接的第二管体，第一管体内设置有轴向的第一通道，第一通道内壁面设有无机陶瓷膜层；第二管体内设置有轴向的第二通道，第二通道的内壁面上设有无机陶瓷膜层；第一通道的中心线与第二通道的中心线重合，第一通道的流通面积大于第二通道的流通面积。本实用新型采用第一管体和第二管体串联，第一通道和第二通道的流体面积不同，第一管体设置在污水处理流向的上游，第二管体设置在污水处理流向的下游，避免了下游的第二管体由于水压较低难以进行过滤的问题，实现了在不改变进水压力的前提下，通过结构优化，提高过滤效果，节约了污水处理成本。 |
2015-04-21 |
9 |
多孔材料水通量测试仪 |
本实用新型涉及一种多孔材料水通量测试仪，该装置包括作为气源的气瓶、安装在气瓶口的减压阀、检测台、设置在检测台上的第一调压阀、第二调压阀、三通、精密气表、样品槽、水箱、用于给水箱补水的补水装置、水表和水龙头；所述气瓶通过管道分别通过安装在气瓶口的减压阀、第一调压阀、第二调压阀和三通，所述三通的出口端一端通过管道通入水箱，另一端与精密气表相连；所述水箱设有一个用于给水箱补水的补水装置，水箱中压出的水经管道进入样品槽后与水表连接，所述水表后设有水龙头。本实用新型可精确控制气压，保证测试气压的稳定，并可以直观、有效的测量多孔材料的水流量，仪器组成简单，操作方便。 |
2015-12-29 |
10 |
一种船用淡水净化装置 |
本实用新型公开了一种船用淡水净化装置，包括进水泵、蓄水罐，所述进水泵连接全碳化硅膜过滤器进水端，全碳化硅膜过滤器另一端设有浓水出口，所述全碳化硅膜过滤器通过渗透液出口与蓄水罐相连，蓄水罐设有清水出口，所述连接都是通过水管相连。本实用新型的有益效果是，具有占地面积小，高效率，高精度，且无需跟换滤芯等优点，净化水可直接达到国家饮用水标准，并具备自动反冲洗功能，保证设备过滤高效率，为船舶减负，保障船上人员生活饮水安全。 |
2017-12-19 |
本项目现有专利多涉及碳化硅多孔陶瓷膜的制备方法，主要包括：碳化硅素胚的成型、碳化硅膜层的涂覆、纯碳化硅多孔陶瓷的烧结过程的优化。在应用层面如净水用无机陶瓷膜过滤组件，仅仅设计出管体和管体间的连接的方式，具体到应用技术有待进一步完善和实施产业化。更多针对江水过滤、湖水过滤、快速净水等不同条件下的具体装置有待进一步细化和深入。
在对成果转化方面，该技术已在迪洁膜公司基本构建社会合作网络，依托湖北省高校研究资源，以及人才资源，先后展开人才引进和合作开发，在产学研合作方面，积累丰富的工作经验。在高价值专利培育方面，已经展开尝试，并着手探索系统化提升高通量碳化硅陶瓷膜高价值培育、资源整合推动高价值专利获取、维护和运用。
图2现有专利储备分析
