Что представляют собой новые керамические мембранные материалы?

Керамическая мембрана демонстрирует уникальные преимущества во многих ответственных областях применения благодаря своей высокой температуре, высокому давлению и коррозионной стойкости. В таких областях, как нефтехимия, пищевая промышленность, медицина, экология, энергетика и металлургия, она стала одной из самых быстроразвивающихся и перспективных разновидностей.

Традиционные керамические материалы для мембран, такие как глинозем, диоксид циркония и оксид титана, из-за своей высокой стоимости и небольшого количества видов ограничили их дальнейшее применение в современной промышленности. Поэтому разработка новых и дешевых керамических мембранных материалов имеет большое значение для применения и популяризации технологии керамических мембран.

В настоящее время исследования новых керамических мембранных материалов в основном сосредоточены на двух аспектах. Синтетические керамические мембранные материалы: в основном карбид кремния, муллит, кордиерит, графен и керамическое волокно; природные керамические мембранные материалы: в основном природный цеолит, летучая зола и каолин.

Синтетические керамические мембранные материалы

* Карбид кремния

Карбид кремния имеет преимущества высокой прочности, высокой теплопроводности, коррозионной стойкости, устойчивости к окислению и низкой цены, он может поддерживать хорошую термическую стабильность и химическую стабильность в суровых условиях, поэтому он является одним из вариантов для разработки керамических мембранных материалов.

Методы подготовки керамической мембраны из карбида кремния в основном включают экструзионное формование и формование в проточных каналах. По сравнению с традиционными керамическими мембранными материалами, карбид кремния имеет более низкую температуру спекания и более высокую механическую прочность и имеет широкие перспективы применения в системах с высокой температурой и высоким давлением.

* Муллит

Муллит - единственное стабильное бинарное кристаллическое соединение в системе Al2O3-SiO2, которое может быть получено путем термического разложения силиката алюминия или высокотемпературной реакции между кремнеземом и глиноземом. Он привлекает все большее внимание благодаря своей кислотно-основной стойкости, низкому коэффициенту теплового расширения и высокой температуре плавления. По сравнению с традиционными керамическими пленочными материалами, муллитовая керамическая мембрана имеет более высокую пористость и более сильную щелочестойкость.

* Кордиерит

Теоретический химический состав кордиерита - 2MgO-2Al2O3-5SiO2, который относится к гексагональной кристаллической системе и шестичленному циклическому силикатному кристаллу. Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения и высокой температуре разложения, а также таким преимуществам, как низкая стоимость производства и большая производительность, он привлекает все больше внимания при разработке керамических мембранных материалов. По сравнению с глиноземной керамической мембраной, кордиеритовая керамическая мембрана обладает лучшей коррозионной стойкостью к щелочам, более низкой температурой спекания и меньшей стоимостью подготовки.

* Керамическое волокно

Керамическое волокно обладает не только такими характеристиками, как устойчивость к высоким температурам, хорошая химическая стабильность и длительный срок службы керамического материала, но и такими преимуществами, как высокая пористость и удельная площадь поверхности волокнистого материала.

В процессе изготовления мембраны керамические волокна, благодаря своим характеристикам формы волокна, беспорядочно укладываются среди волокон, образуя высокую пористость, и общая пористость может превышать 70%. Общая пористость мембраны из керамических волокон почти в два раза выше, чем у мембраны из керамических частиц, что эффективно увеличивает поток через мембрану и снижает сопротивление проницаемости.

Некоторые исследователи использовали нановолокна диоксида титана в качестве сырья для приготовления двухслойных TiO2-мембран на глиноземной основе методом погружения в суспензию. Добавление растворителей в слой волокон для повышения адгезии между ними позволило уменьшить образование дефектных отверстий. При температуре спекания 480 ℃ и потоке чистой воды 1000 л/м2.ч.бар, молекулярный вес перехвата составляет 32000, а производительность мембраны намного больше, чем у традиционной керамической мембраны.

* Графен

Графен, также известный как "монослойный графитовый лист", представляет собой плотный слой атомов углерода, завернутый в сотовую кристаллическую решетку. Атомы углерода расположены в двумерной структуре, которая похожа на монослой графита. Графен - единственный двухмерный атомный кристалл в свободном состоянии, найденный в настоящее время. Его теоретическая удельная поверхность достигает 2600 м2/г, он обладает выдающейся теплопроводностью и механическими свойствами, поэтому привлекает все большее внимание.

Природные керамические мембранные материалы

* Цеолит

Природный цеолит имеет особую пористую структуру, развитую удельную поверхность и обилие гидроксила на поверхности. Переработка природного цеолита в керамические разделительные мембраны может не только снизить стоимость производства разделительных мембран, но и предоставить новый выбор для подготовки керамических мембран.

* Летучая зола

Летучая зола является отходом и побочным продуктом тепловых электростанций, который вызывает серьезное загрязнение окружающей среды. Содержание Al2O3 и SiO2 в летучей золе достигает 8,65%, и после высокотемпературного спекания могут быть сформированы отличные свойства, такие как высокая огнестойкость, низкий коэффициент теплового расширения, хорошая химическая стабильность и термическая стабильность муллита. Поэтому из золы можно приготовить керамические мембраны с отличными характеристиками и реализовать вторичную переработку.

* Каолин

Каолин (Al2O3-2SiO2-2H2O), также известный как гидратированный алюминиевый силикат фарфоровой глины, является важным неметаллическим минеральным ресурсом, который привлекает все больше и больше внимания в области керамики из-за его низкой цены и превосходных характеристик.