セラミック膜

セラミック膜は、無機材料（アルミナ、チタニア、ジルコニア酸化物、シリコンカーバイド、または一部のガラス質材料など）から作られた人工膜の一種です。液体濾過の膜操作に使用されます。

ポリマー膜とは対照的に、腐食性の媒体（酸、強溶媒）が存在する分離に使用できます。また、優れた熱安定性を備えているため、高温での膜操作にも使用できます。

ポリマー膜と同様に、それらは高密度または多孔質のいずれかです。

研究者たちは、廃水処理、ガス分離、膜反応器への応用の可能性についてセラミック膜を研究してきました。セラミック膜は、これらの用途でより一般的に使用されているポリマー膜よりも一般的に長持ちします。現在、セラミック膜は主に生産コストが高いため、広く使用されていません。

構成には、管状クロスフロー膜、デッドエンド膜、およびフラットシート膜が含まれます。

高密度セラミック膜はガス分離の目的で使用されます。例としては、空気からの酸素の分離、混合物からの水素ガスの分離などがあります。高密度セラミック膜は、石油産業で使用される多くの技術のエネルギー消費を削減するためのプロセス強化アプリケーション向けに研究されてきました。そのようなアプリケーションの1つは、高密度酸素透過膜を使用した膜反応器です。 ^[1]

多孔質セラミック膜は、主にガス分離やマイクロ濾過、ナノ濾過に使用されます。多孔質セラミック膜は、結晶質固体と非晶質固体の両方から作ることができます。

非晶質膜の一例としてはシリカ膜がある。^[2]

多孔性の高い膜の例としては、シリコンカーバイド製の膜があります。^[3]

多孔質セラミック膜は、通常、スリップコーティング焼結プロセスによって製造されます。このプロセスでは、最初にセラミック材料の粒子を結合剤とともに金型に焼結して支持体を作ります。次に、この支持体の表面を、より微細なセラミック粒子とポリマー結合剤の溶液でコーティングします。次に、このコーティングを焼結して膜の多孔質層を形成します。このプロセスを繰り返して、通常はより小さなセラミック粒子で形成される新しい層を形成します。粒子がますます小さくなるこの繰り返しプロセスにより、異方性膜が作成されます。^[4]

最初のセラミック膜は、原子力産業におけるウラン濃縮を目的として、1980年代にフランスで製造されました。多くの原子力発電所がフランスに建設された後、セラミック膜の他の産業用途分野が模索されました。同時に、セラミック膜に関する学術研究も行われました。主導グループは、モンペリエの国立化学大学院のルイ・コット教授によって指揮されました。グループの成長により、1994年から膜材料とプロセスに特化した研究所が設立され、2000年にはモンペリエの欧州膜研究所が設立されました。^[5] フランスのセラミック膜メーカーには、Orelis Environnement（Alsysグループ）、Pall Exekia、Tami Industriesなどがあります。フランス国外の他の企業としては、CoorsTek (http://www.coorstek.com)、Atech (http://www.atech-innovations.com)、Inopor、Jiangsu Jiuwu、Meidensha、METAWATER (https://www.metawater.co.jp/eng/)、Liqtech、Mantec Technical Ceramics Ltd (http://www.mantectechnicalceramics.com/products-services/porous-ceramics/filtrolation/star-sep-membranes/elements) などがあります。

セラミック膜メーカーのほとんどが、アルミナ酸化物、チタン酸化物、ジルコニア酸化物のキャリアと膜層の膜を製造していますが、シリコンカーバイドを扱っているメーカーはごくわずかです。シリコンカーバイドは、酸化物ベースの膜（1200～1600℃）と比較して、より高い焼結温度（>2000℃） ^{[6]を必要とします。 [7]}シリコンカーバイド膜の開発と商品化の先駆者は、デンマークのLiqtech社、CeraMem社（Alsysグループ）、およびアメリカのKemco Systems社です。