Patrząc wstecz na rozwój branży w ciągu ostatniego stulecia, ewolucja ceramicznych materiałów membranowych nigdy nie była technologicznym chwytem, ale raczej nieuniknionym wynikiem kolejnych postępów. W artykule tym prześledzono pełną historię rozwoju membran ceramicznych, analizując leżącą u ich podstaw logikę od eksploracji wielu materiałów, popularyzacji tlenku glinu, wdrożenia produkcji krajowej i przejścia na węglik krzemu, zyskując w ten sposób zrozumienie głównych trendów w przemyśle membran nieorganicznych.
I. Początki przemysłu wojskowego: pierwsze poszukiwania zrodzone z „specjalnej separacji” (lata 40. XX w.)
Membrana ceramiczna nie została opracowana do uzdatniania wody, ale raczej do separacji izotopów w przemyśle nuklearnym. W tamtym czasie przemysł pilnie potrzebował nośnika, który byłby stabilny fizycznie i chemicznie, nie reagował z medium, miał wyjątkowo małe pory, stabilną strukturę i mógł pracować przez długi czas w trudnych warunkach. Membrana ceramiczna właśnie spełniła ten wymóg.
Zdjęcie:UF₆ (sześciofluorek uranu)
Opracowane na tym etapie membrany ceramiczne były jedynie specjalnymi materiałami używanymi w laboratoriach. Ich kontrola wielkości porów była gruba, a dokładność separacji niska, co czyniło je całkowicie nieodpowiednimi do przemysłowego uzdatniania ciekłej wody. Położyli jednak podwaliny pod podstawowe cechy „stabilności i odporności na korozję” w kolejnych technologiach membran ceramicznych.
II. Pojawienie się membran ceramicznych z tlenku glinu: rozwiązanie problemu „od 0 do 1” w uzdatnianiu wody przemysłowej (lata 60.-90. XX wieku)
Wraz z szybkim rozwojem przemysłu światowego eksplodowało zapotrzebowanie na klarowanie cieczy i oddzielanie materiałów w przemyśle spożywczym i napojów oraz w podstawowym przemyśle chemicznym. Tradycyjne filtry płytowe i ramowe oraz bibuła filtracyjna nie są wystarczająco dokładne i łatwo ulegają zanieczyszczeniu. Przemysł pilnie potrzebuje nieorganicznego materiału filtracyjnego wielokrotnego użytku i zmywalnego materiału filtracyjnego, a ceramiczne membrany ultrafiltracyjne spełniają to zapotrzebowanie.
Po porównaniu z różnymi materiałami nieorganicznymi, tlenek glinu stał się optymalnym wyborem do cywilnych zastosowań przemysłowych. Chociaż nie jest to materiał nieorganiczny o najwyższych-wydajnościach, ma on istotne zalety w produkcji masowej: obfite zasoby boksytu, niskie koszty materiałów, dojrzała technologia spiekania w niskiej-temperaturze, wysoki stopień standaryzacji gotowych produktów, zrównoważone właściwości fizykochemiczne w normalnych warunkach pracy oraz możliwe do kontrolowania koszty produkcji i konserwacji w całym cyklu życia. Jest to nieorganiczny materiał membranowy odpowiedni do stosowania-na dużą skalę na całym świecie.
Membrany ceramiczne z tlenku glinu z powodzeniem spełniły podstawowe wymagania dotyczące „stabilności i możliwości ponownego użycia” w filtracji przemysłowej, stając się pierwszą membraną ceramiczną, która osiągnęła prawdziwe zastosowanie przemysłowe.
III. Lokalizacja przemysłowa: Krajowe membrany ceramiczne z tlenku glinu umożliwiają niezależną produkcję masową (początek XXI wieku)
Na początku XXI wieku wzrosło krajowe zapotrzebowanie na filtrację przemysłową. Jednakże membrany ceramiczne z tlenku glinu zostały całkowicie zmonopolizowane przez dostawców zagranicznych, co spowodowało wysokie koszty i opóźnienia-usługi posprzedażowej. Dlatego krajowe zastąpienie membran nieorganicznych stało się koniecznością dla przemysłu. Krajowe instytucje badawcze i przedsiębiorstwa współpracowały w celu osiągnięcia niezależnej masowej produkcji produkowanych w kraju membran ceramicznych z tlenku glinu. Krajowa produkcja znacząco obniżyła koszty aplikacji i wypełniła luki w lokalnym łańcuchu przemysłowym.
Znaczenie produkowanej w kraju membrany z tlenku glinu:
l To znacznie zmniejsza koszty stosowania membran ceramicznych w konwencjonalnych scenariuszach uzdatniania wody, dzięki czemu membrany nieorganiczne są bardziej dostępne dla większej liczby firm.
l Przyczyniło się to do dojrzałości krajowego łańcucha producentów membran ceramicznych i zgromadziło technologiczne podstawy do późniejszych badań i rozwoju-najwyższych materiałów.
Zdjęcie: Membrana ceramiczna z tlenku glinu
Jednak jego podstawowe niedociągnięcia w działaniu nie zostały przezwyciężone. Nadal trudno jest pracować stabilnie przez długi czas w obliczu wysokiej zawartości soli, wysokiej temperatury i warunków sprzęgania silnych kwasów-zasad w branżach takich jak nowa energia i przemysł chemiczny słonych jezior. Rynek-wysokiej klasy jest nadal zajęty zagranicznymi specjalnymi materiałami membranowymi.
IV. Przełom w membranach ceramicznych z węglika krzemu: rozwiązania dostosowane do „ekstremalnych warunków pracy” (w ciągu ostatniej dekady)
W ciągu ostatniej dekady pojawiły się baterie litowe, ekstrakcja litu ze słonych jezior i przemysł półprzewodników, w wyniku czego powstają ścieki o pięciu skrajnych warunkach: wysokie zasolenie, wysoka temperatura, mocny kwas i zasady, duża zawartość materii organicznej i duża ilość cząstek stałych. Tlenek glinu jest stabilny w normalnych warunkach pracy, ale jego strumień szybko maleje w ekstremalnych warunkach, co sprawia, że nie nadaje się do zaspokojenia potrzeb przedsiębiorstw w zakresie ciągłej produkcji z krótkimi-przestojami, co uwydatnia niedobór wysokiej klasy dedykowanych membran nieorganicznych.
W oparciu o rygorystyczne wymagania dotyczące-najwyższych warunków pracy oraz dzięki przełomowym w branży technologii spiekania-w wysokiej temperaturze opracowano membrany ceramiczne z węglika krzemu. W pełni dziedziczą podstawowe zalety membran nieorganicznych, takie jak długa żywotność, wysoka niezawodność, zdolność do zatrzymywania zawieszonych substancji organicznych i możliwość wielokrotnego czyszczenia. Dzięki doskonałej krystalicznej strukturze porów nadają się do wody o różnych ekstremalnych i złożonych właściwościach, eliminując wady membran z tlenku glinu w warunkach roboczych.
V. Przyszłe trendy w branży: kierując się zarówno polityką, jak i zgodnością, nieorganiczne membrany ceramiczne mogą stać się-długoterminowym trendem głównego nurtu.
Konwencjonalne membrany ultrafiltracyjne nie wykazują znaczących różnic w zdolności do zatrzymywania substancji zanieczyszczających, a wybór opiera się w dużej mierze na kosztach i zwyczajach związanych z konserwacją; jednakże długoterminowy-trend w branży jest zdeterminowany zarówno przez krajową politykę przemysłową, jak i globalną zgodność z PFAS.
Krajowe polityki przemysłowe wzmacniają pozycję przemysłu:wysokowydajne-membrany ceramiczne znajdują się w krajowych katalogach kluczowych nowych materiałów i sprzętu promującego ochronę środowiska. Na liście priorytetowych zamówień kluczowych nowych materiałów znajdują się dwa rodzaje membran ceramicznych; projekty modernizacji technologii membran ceramicznych o zerowej-emisyjnej emisji otrzymują dotacje w wysokości do 30 milionów juanów na projekt; Specjalny projekt 14. planu pięcioletniego-w dalszym ciągu wspiera badania i rozwój krajowych materiałów membranowych. W połączeniu z rozwojem technologii podwójnej-emisyjności, ponownym wykorzystaniem zasobów wodnych i poprawą ochrony środowiska, kryteria wyboru w branży zmieniły się z „użytecznych” na „trwałe i niewymagające-obsługi”, zgodnie z jasnymi wytycznymi krajowymi: w przypadku kompleksowego uzdatniania wody preferowane są membrany ceramiczne oraz promowana jest lokalizacja-najwyższej jakości materiałów membranowych.
Zgodność z PFAS:Wraz z wprowadzeniem przepisów PFAS w Europie i Stanach Zjednoczonych kontrole krajowe stopniowo się zaostrzają. Komercyjna produkcja membran organicznych często wiąże się z dodatkiem fluorowanych dodatków, co stwarza ryzyko zanieczyszczenia PFAS w całym cyklu życia. Wiodące firmy stopniowo wycofują fluorowane organiczne materiały filtracyjne.
Nieorganiczne membrany ceramiczne są produkowane bez fluoru, mają stabilne właściwości, nie stwarzają ryzyka związanego z zgodnością z PFAS, mają 3-5 razy dłuższą żywotność w porównaniu z membranami organicznymi i generują mniej odpadów stałych. Spełniają wymagania ekologicznej produkcji i staną się głównym wyborem w zakresie filtracji średniej-do-wysokiej klasy w perspektywie średnio- i długoterminowej.
Wprowadzenie do firmy - JMFILTEC koncentruje się na badaniach i rozwoju membran ceramicznych z węglika krzemu
Zhejiang Jianmo Technology Co., Ltd. angażuje się w opracowywanie najbardziej wytrzymałych i trwałych materiałów membranowych z węglika krzemu. Zespół założycielski rozpoczął powiązane prace badawczo-rozwojowe nad materiałami membranowymi z węglika krzemu w 2011 roku i obecnie uzyskał 8 patentów na wynalazki, złożył wniosek o prawie 50 patentów na wynalazki i 6 patentów PCT.
Jako krajowe przedsiębiorstwo-zaawansowane technologicznie oraz „wyspecjalizowane, wyrafinowane i innowacyjne” przedsiębiorstwo w prowincji Zhejiang, JMFILTEC zawsze przestrzegał filozofii rozwoju „zorientowanej- na klienta i-nastawionej na technologię”, starając się tworzyć światowej-klasy produkty z membranami z węglika krzemu. Obecnie produkty firmy obejmują membrany rurowe, membrany-płaskie, membrany kolumnowe i inny sprzęt pochodny, szeroko stosowany w oczyszczaniu wody pitnej, uzdatnianiu odzyskanej wody, odsalaniu wody morskiej, separacji w procesach chemicznych, produkcji soli i chloru-alkalicznych substancji chemicznych, uzdatnianiu wód kopalnianych, mikroelektronice półprzewodnikowej, usuwaniu zanieczyszczeń spożywczych i farmaceutycznych, ekstrakcji litu ze słonych jezior, produkcji nowych katod i anod energetycznych, recyklingu cieczy odpadowych fotowoltaicznych, i wydobycie gazu łupkowego, a także wiele innych dziedzin. Dzięki swoim podstawowym zaletom, takim jak silna odporność na korozję, wysoka przepustowość, długa żywotność i łatwe czyszczenie, zyskała uznanie klientów i rynku, co czyni ją wysoce konkurencyjną na rynku międzynarodowym.
Czy kiedykolwiek spotkałeś się z sytuacjami-na budowie, w których „membrany organiczne nie wytrzymały obciążenia, a membrany z tlenku glinu nie były wystarczająco stabilne”? Jakie inne pytania masz dotyczące zastosowania, konserwacji i porównania kosztów membran z węglika krzemu? Zapraszamy do kontaktu z nami.
Jeżeli kwestia ta spotka się z pozytywnym odzewem, potraktujemy ją jako punkt wyjścia do uruchomienia rubryki „Ogólna wiedza o materiałach membranowych”, w której w kolejnych artykułach znajdą się szczegółowe wyjaśnienia.