Przygotowanie i zastosowanie membrany SiC

Obecnie stosowane technologie przygotowania membran ceramicznych z węglika krzemu obejmują: metodę układania cząstek, metodę termicznej redukcji węgla, metodę krakingu polimerów i metodę osadzania chemicznego z fazy gazowej.

Metoda układania cząstek

Metoda układania cząstek jest metodą spiekania cząstek stałych. Metoda ta wywodzi się z metody przygotowania ceramiki porowatej i jest powszechną metodą przygotowywania membran ceramicznych. Małe cząstki są domieszkowane w dużych cząstkach. Cechy małych cząstek, które są łatwe do spiekania, są wykorzystywane do podniesienia temperatury w celu utworzenia połączenia między dużymi cząstkami. Idealną sytuacją jest, gdy szyjki dużych cząstek są połączone, pozostawiając dużą liczbę otworów przelotowych, przy jednoczesnym zachowaniu dobrych właściwości mechanicznych.

Podczas stosowania metody układania cząstek do wytwarzania membran z węglika krzemu, metoda zanurzania w zawiesinie jest często stosowana do generowania warstwy membrany przez działanie kapilarne. Po przygotowaniu stabilnej zawiesiny zawiesina jest kontaktowana z powierzchnią korpusu nośnego, medium przepływa do korpusu nośnego, a surowce rozproszone w medium są zagęszczane i gromadzone na powierzchni korpusu nośnego, tworząc warstwę cząstek, która jest następnie suszona i wypalana w celu utworzenia gotowego produktu. Ponieważ ta metoda jest łatwa w obsłudze i wymaga niewielkiej ilości sprzętu, jest często stosowana w produkcji komercyjnych membran ceramicznych z węglika krzemu.

Metoda spiekania reakcji redukcji termicznej węgla

Reakcja spiekania z termiczną redukcją węgla polega głównie na równomiernym wymieszaniu odpowiedniej ilości krzemu i węgla jako surowców, równomiernym pokryciu nimi podłoża, a następnie przeprowadzeniu reakcji termicznej redukcji węgla w atmosferze argonu lub w środowisku próżni.

Źródło węgla i źródło krzemu stosowane w przygotowaniu membran ceramicznych z węglika krzemu metodą spiekania termicznej redukcji węgla są w większości organiczne, a metoda sol-żel jest często wymagana do utworzenia filmu. Jednak metoda sol-żel ma trudności z trudnymi warunkami tworzenia filmu, łatwymi defektami i niską wydajnością w przygotowaniu membran z węglika krzemu, więc istnieje niewiele konkretnych zastosowań.

Reakcja spiekania termicznej redukcji węgla ma różnorodne surowce i niską temperaturę reakcji. Jeśli trudne warunki i niska wydajność na etapie formowania warstwy filmu zostaną rozwiązane, ma potencjał, aby konkurować z metodą akumulacji cząstek w przemysłowej produkcji membran ceramicznych z węglika krzemu.

Metoda krakingu polimerów

Metoda pękania polimerów wykorzystuje prekursor ceramiczny do rozpuszczenia lub stopienia go i pokrycia nim podłoża, a następnie pęka w wysokiej temperaturze, tworząc nieorganiczną ceramikę. Jest to powszechna metoda przygotowania nietlenkowej nieorganicznej ceramiki za granicą.

Metoda krakingu polimerów służąca do przygotowywania membran z węglika krzemu ma zalety wygodnego formowania membran, kontrolowanej grubości, prostego procesu, niższej temperatury nagrzewania (około 1000 stopni) w porównaniu z metodą akumulacji cząstek, ale koszt surowców jest stosunkowo wysoki.

Metoda chemicznego osadzania z fazy gazowej

Warstwa membranowa przygotowana metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej charakteryzuje się dużą sterowalnością, dużą gęstością i małym rozmiarem porów, ale jej koszt jest wysoki, proces skomplikowany, a topnik nieco niewystarczający. Z kolei membrany ceramiczne z węglika krzemu przygotowane metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej są obecnie stosowane głównie w przemyśle półprzewodników oraz w rozdzielaniu fazy gazowej, a ich zastosowanie w innych kierunkach wymaga dalszego rozwoju.

Separacja oleju i wody

Technologia separacji membran ceramicznych SiC jest najczęściej stosowana w separacji oleju i wody, obejmującej rodzaje wody zawierającej olej, w tym ścieki z czyszczenia przemysłowego, ścieki zęzowe statków, ścieki zaolejone w przemyśle naftowym i przemyśle obróbki cieplnej paliw stałych itp. Zgodnie z różnymi rozmiarami porów membran ceramicznych SiC (zwykle 0.01~10μm), rodzaje zanieczyszczeń olejowych, które oczyszczają, mogą obejmować olej pływający, olej emulsyjny, a nawet olej rozpuszczony. W porównaniu z obecną technologią stosowaną do oczyszczania ścieków z poszukiwań ropy naftowej i gazu, technologia separacji membran ceramicznych SiC nie tylko sprawia, że ​​cały system separacji jest bardziej zwarty, ale także zmniejsza zużycie chemikaliów.

Oczyszczanie wody

Membrany ultrafiltracyjne SiC ceramiczne mogą być również używane do oczyszczania jakości wody i oddzielania zawiesin, bakterii i innych zanieczyszczeń w wodzie ze względu na ich wysoką stabilność strukturalną i selektywność. Ogólnie rzecz biorąc, dokładność filtracji membran ceramicznych SiC to mikrofiltracja i ultrafiltracja. W procesie uzdatniania wody jest ona zazwyczaj konfigurowana jako wtórny lub nawet trzeciorzędny proces oczyszczania, który może skutecznie oddzielać zawiesiny, drobne cząstki stałe, bakterie itp. w ściekach, tak aby jakość wody produkowanej spełniała normy odprowadzania ścieków w moim kraju. Badania nad technologią separacji membran ceramicznych SiC w oczyszczaniu wody muszą zostać pogłębione, a rozszerzalne obszary zastosowań również muszą zostać dalej zbadane.

Usuwanie i oczyszczanie pyłu gazowego

W ostatnich latach nieustannie rozwijają się badania nad zastosowaniem membran ceramicznych SiC w usuwaniu pyłu gazowego i oczyszczaniu go, a oczekuje się, że membrany ceramiczne SiC odniosą duże sukcesy w dziedzinie separacji gazów.

Usuwanie i oczyszczanie pyłu gazowego to długoterminowa dziedzina technologii rozwoju i innowacji. Technologia separacji membran ceramicznych SiC dodała nowe, stosowane technologie, a powiązane badania wykazały również wyjątkowe możliwości usuwania i oczyszczania pyłu gazowego membran ceramicznych SiC. Jednak obecne prace badawcze są dalekie od wystarczających i nadal istnieje wiele problemów, które należy zbadać i rozwiązać, takich jak fizyczna i chemiczna stabilność membran ceramicznych Si0 w środowiskach gazowych o wysokiej temperaturze, membrany są podatne na zanieczyszczenia i słabe efekty czyszczenia oraz wysokie zużycie energii.

Wraz ze wzrostem uwagi poświęcanej ochronie środowiska w kraju i za granicą, kraje mają coraz pilniejsze potrzeby wsparcia dla wysokowydajnych technologii filtracji i separacji, co stwarza możliwości rozwoju i zastosowania technologii separacji membran ceramicznych SiC. W przyszłości nadal konieczne będzie zainwestowanie dużej ilości zasobów w celu rozwiązania problemów, takich jak niedojrzała produkcja i technologia przygotowania membran oraz niedoskonałe badania nad zastosowaniem, tak aby technologia separacji membran ceramicznych SiC mogła być naprawdę stosowana i przynosić korzyści ludziom.