01什么是陶瓷膜

陶瓷膜是以氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦等粉體原料經(jīng)燒結(jié)工藝制備而成的膜。陶瓷膜管壁密布微孔，膜兩側(cè)的靜壓差作為過(guò)濾時(shí)的推動(dòng)力，小分子物質(zhì)(或液體)透過(guò)膜，大分子物質(zhì)(或固體顆粒、液體液滴)被膜截留從而達(dá)到料液不同成分的分離、濃縮和純化目的。

管式陶瓷膜結(jié)構(gòu)分解

陶瓷膜過(guò)濾機(jī)制包括錯(cuò)流過(guò)濾與死端過(guò)濾，其中錯(cuò)流過(guò)濾具有性能優(yōu)勢(shì)，大部分公司產(chǎn)品主要以錯(cuò)流過(guò)濾為主。

錯(cuò)流過(guò)濾：原料液流體以切線流過(guò)膜表面的方式高速循環(huán)流動(dòng)，過(guò)濾液(或稱滲透液)在壓力作用下透過(guò)膜表面濾出，通過(guò)原料液的循環(huán)沖刷有效抑制了傳統(tǒng)終端過(guò)濾方式中過(guò)濾介質(zhì)易被阻塞的問(wèn)題，保障分離過(guò)程的連續(xù)運(yùn)行，提高了分離效率與分離精度，并有效降低了分離過(guò)程的能耗。

陶瓷膜滲透示意圖

陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾原理

死端過(guò)濾:在過(guò)濾濃度較高的料液時(shí)，容易使料液的大顆粒被截留在膜的表面形成膜污染，造成分離效率的快速下降，只適合處理固體含量非常低的液體。

02為何認(rèn)為陶瓷膜有市場(chǎng)空間

高性能膜材料是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，預(yù)計(jì)2025年我國(guó)膜產(chǎn)業(yè)總值達(dá)5000億元。

陶瓷膜具有優(yōu)異的機(jī)械性、耐化學(xué)性、過(guò)濾精度，上世紀(jì)40年代由頗爾博士于曼哈頓計(jì)劃發(fā)明，經(jīng)過(guò) 70余年發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域由核電、軍用、航空航天逐漸向半導(dǎo)體、新能源、生物醫(yī)藥等民用領(lǐng)域，2023 年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 68.3 億美元，中東地區(qū)水資源緊缺，2023年計(jì)劃或已在進(jìn)行的海水淡化項(xiàng)目支出總計(jì)高達(dá) 393億美元，未來(lái)有望迎來(lái)長(zhǎng)期高速擴(kuò)張期，傳統(tǒng)熱法海水淡化單位立方米耗能約5kWh,而膜法耗能僅為2.5-3 kWh，“一帶一路”背景下膜法替代熱法有望持續(xù)打開(kāi)國(guó)內(nèi)分離膜出口需求空間。

2020年中東和北非地區(qū)水資源壓力情況

03為什么陶瓷膜會(huì)成為中國(guó)膜產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展品類

膜材料廣泛應(yīng)用于液體、氣體的選擇性分離，無(wú)機(jī)膜材料具有性能優(yōu)勢(shì)。膜是具有選擇性分離功能的材料，當(dāng)膜兩側(cè)存在壓力差、濃度差、電位差等推動(dòng)力時(shí)，原料組分選擇性地透過(guò)膜，實(shí)現(xiàn)不同液體或氣體組分的分離、分級(jí)、濃縮與提純。

從材質(zhì)上看，膜材料分為有機(jī)膜與無(wú)機(jī)膜，其中無(wú)機(jī)膜具有分離精度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫、耐有機(jī)溶劑、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異性能。無(wú)機(jī)膜在高溫、溶劑反應(yīng)體系等苛刻環(huán)境下的過(guò)程工業(yè)分離和強(qiáng)腐蝕性、高溫、高鹽、含油、高懸浮物等特種水處理領(lǐng)域體現(xiàn)了良好的適用性，成為膜材料中極具發(fā)展前景的重要品種，應(yīng)用端也從傳統(tǒng)水處理向半導(dǎo)體、食品、醫(yī)藥、新能源等高附加值下游不斷延伸。

04 對(duì)比傳統(tǒng)過(guò)濾分離技術(shù)，陶瓷膜性能優(yōu)異，易于運(yùn)行維護(hù)

(1)機(jī)械性能強(qiáng)：無(wú)機(jī)陶瓷膜機(jī)械強(qiáng)度高，可耐壓 3Mpa 以上，在高壓條件下不會(huì)變形，且耐高速?zèng)_刷、耐磨，便于反沖和清洗,長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定;

(2)化學(xué)穩(wěn)定性高: 陶瓷膜耐酸堿，耐強(qiáng)氧化劑，耐高溫，耐有機(jī)溶劑，耐清洗，在 800℃以下的工作環(huán)境中可穩(wěn)定使用，適用于高溫、高粘度流體;

(3)親水性高：陶瓷膜單只組件產(chǎn)水量大，有效降低投資和運(yùn)行成本;

(4)過(guò)濾精度高：陶瓷膜可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)過(guò)濾，能有效去除水中顆粒物、膠體、微生物、微量有機(jī)物等污染物質(zhì);

(5)壽命長(zhǎng)：陶瓷膜全生命周期內(nèi)綜合投資成本低;

(6)抗污性能強(qiáng)：無(wú)機(jī)陶瓷膜抗污染性能好，長(zhǎng)期運(yùn)行通量穩(wěn)定，清洗頻率低;

(7)過(guò)濾效率高：陶瓷膜采用大直徑蜂窩狀一體式設(shè)計(jì)，水力分布均勻，運(yùn)行效率高;

(8)支撐層孔率高：過(guò)濾和反洗通量高，過(guò)濾、反洗效率高;

(9)運(yùn)行成本低：陶瓷膜系統(tǒng)預(yù)處理要求低，降低系統(tǒng)總投資和運(yùn)行成本;

(10)安裝簡(jiǎn)易：標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)管路投資成本;

(11)可用于食品級(jí)：陶瓷膜安全性能強(qiáng)，具有飲用水衛(wèi)生安全產(chǎn)品衛(wèi)生許可批件。

05 對(duì)比有機(jī)膜，陶瓷膜具備核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望持續(xù)替代

分離膜材料主要包括有機(jī)膜與無(wú)機(jī)膜，其中有機(jī)膜中常用的材料包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等。有機(jī)膜開(kāi)發(fā)應(yīng)用較早，且孔徑更細(xì)、過(guò)濾精度更高，成本相對(duì)較低，目前滲透率遠(yuǎn)高于無(wú)機(jī)陶瓷膜。

然而我們認(rèn)為，未來(lái)趨勢(shì)下陶瓷膜將持續(xù)替代傳統(tǒng)有機(jī)膜。

主要原因包括:

(1)高分子膜易腐蝕，膜材料更換成本占比高達(dá)61%

在嚴(yán)苛的環(huán)境中，高分子膜材料表面易被料液腐蝕污染、被沖擊易發(fā)生形變，因此造成分離性能降低、需要頻繁更換等問(wèn)題。根據(jù) SPRINGER 雜志 2023 年研究，膜材料替換費(fèi)用占有機(jī)膜運(yùn)行成本高達(dá) 61%。

而陶瓷膜克服了有機(jī)膜在耐高溫、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、機(jī)械強(qiáng)度等方面的不足，適用于各種苛刻環(huán)境或復(fù)雜條件下的膜分離應(yīng)用。

(2)陶瓷膜結(jié)構(gòu)更優(yōu)，運(yùn)行中清洗便利、流量衰減慢

無(wú)機(jī)陶瓷膜組件一般是由多根或者多片單通道或者多通道單件膜組合而成，與有機(jī)高分子膜相比不易引起膜堵塞，因此陶瓷膜在提純或濃縮時(shí)可以獲得較高的濃度比例。陶瓷膜流量衰減速度慢，同時(shí)清洗簡(jiǎn)單且效率高、成本低，膜組件內(nèi)積存物較少。

(3)適用于北方低溫環(huán)境

有機(jī)膜在低溫下通量會(huì)顯著降低，溫度每降低1攝氏度，通量會(huì)降低 2/100。而陶瓷膜具有優(yōu)異的耐高低溫性，在北方地區(qū)極具滲透前景。

陶瓷膜和有機(jī)膜成本拆分及價(jià)格曲線

06 降本疊加先進(jìn)技術(shù)研發(fā) 陶瓷膜核心制約因素持續(xù)解除

成本、工藝壁壘是目前限制陶瓷膜大規(guī)模滲透的核心因素。成本上來(lái)看：根據(jù) SPRINGER 研究，40 LHM/bar 的有機(jī)膜組件價(jià)格約 100 美元/平米，而 40-120 LHM/bar 的陶瓷膜組件價(jià)格超 200 美元/平米。陶瓷膜組件價(jià)格雖高于有機(jī)膜，但后期運(yùn)行過(guò)程膜清洗、替換等費(fèi)用較低，同時(shí)目前國(guó)內(nèi)各大陶瓷膜廠商持續(xù)推進(jìn)降本，陶瓷膜綜合性價(jià)比有望持續(xù)提升;工藝上來(lái)看：陶瓷本身脆性大且制備工藝相較高分子膜較難，同時(shí)其結(jié)構(gòu)孔徑也難以控制，目前國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)較為成熟的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力，陶瓷膜工藝及技術(shù)壁壘持續(xù)弱化。

注：本篇文章內(nèi)容選自“國(guó)盛證券研究報(bào)告”，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除或調(diào)整

編輯：趙凡