【原创】碳化硅陶瓷膜-水治理的好帮手


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  碳化硅陶瓷膜(SIC)采用重结晶技术通过高温烧结而成,其分离层、过渡层以及多孔支撑层全部为SiC材料,其过滤精度多为微滤和超滤。

中国粉体网讯  随着工业的飞速发展,生态环境也随之变化,水污染越来越严重。在习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的号召下,水治理成为建设生态文明圈的国家大计。陶瓷膜技术因其高效、节能等优点,在现代水治理中发挥着重要作用。


 

图片来源:Pixabay


碳化硅陶瓷膜是一种新型的非氧化物无机膜,不仅具有机械强度高、孔径分布集中、抗热震性能佳、使用寿命长等特点,而且在膜通量、高温稳定性、以及耐强酸强碱等方面有着突出的优势,将其用于重金属废水的处理,是一种有益的尝试。碳化硅(SiC)陶瓷膜分离技术被认为是近年来发展最迅速的膜分离新技术之一。


 

图片来源:迪洁膜官网


1 什么是碳化硅陶瓷膜?


碳化硅陶瓷膜(SIC)采用重结晶技术通过高温烧结而成,其分离层、过渡层以及多孔支撑层全部为SiC材料,其过滤精度多为微滤和超滤。按膜结构不同一般分为管式膜和平板膜。管式膜由分离层、过渡层和支撑层组成,平板膜由分离层和支撑层组成。


 


SIC膜过滤分离系统多采用“错流过滤”形式对液体进行分离,原料液在膜管内高速流动,在压力驱动下含小分子成分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜致密层,含大分子成分的浑浊浓缩液被截留,从而实现流体的澄清、分离、浓缩、提纯的目的。

 

2 为什么选择碳化硅陶瓷膜?


碳化硅陶瓷膜具有以下优点:


♦化学稳定性好,耐强酸强碱以及所有有机溶剂;

♦热稳定好,耐热冲击——在高温条件下稳定运行;

♦开口孔隙率高、通量大;

♦亲水疏油性好——能高效进行油水分离;

♦膜结合强度高,耐磨性好。


SiC膜与其他膜的优势性能对照表

 


3 碳化硅陶瓷膜的制备方法


碳化硅陶瓷膜现有制备技术有:颗粒堆积法、碳热还原法、聚合物裂解法及化学气相沉积法等。


3.1颗粒堆积法


颗粒堆积法即固态粒子烧结法,这种方法脱胎于多孔陶瓷制备方法,是常见的陶瓷膜制备方法,在大颗粒中掺杂小颗粒,利用细小颗粒容易烧结的特点,升至一定温度使大颗粒间形成连接,其中理想情况为大颗粒间颈部粘接,留有大量贯通孔道,同时保有较好的力学性能。


 

颗粒堆积法工艺流程图


 


3.2碳热还原反应烧结法


碳热还原反应烧结主要使用适量的硅源和碳作为原料均匀混合,均匀涂覆在支撑体上,再在氩气气氛或真空环境保护下进行碳热还原反应。


 

碳热还原烧结法流程图


碳热还原反应烧结制备碳化硅陶瓷膜所用碳源硅源多为有机物,常需使用溶胶凝胶法成膜,而溶胶凝胶法制作碳化硅膜存在成膜条件较为苛刻、易产生缺陷,成品率不高等难点,因此少有具体应用。


碳热还原反应烧结原料多样,反应温度低,若能解决膜层成型阶段条件苛刻以及成品率低的问题就有潜力在碳化硅陶瓷膜的工业化生产领域与颗粒堆积法竞争。


3.3聚合物裂解法


聚合物裂解法使用陶瓷先驱体将其溶解或熔融并涂覆于支撑体之上,再经过高温裂解形成无机陶瓷,在国外是一种较为常见的非氧化物无机陶瓷的制备方法。


聚合物裂解法制备碳化硅膜具有膜层成型方便,厚度可控,工艺简单,相较于颗粒堆积法来讲加热温度较低(1000℃左右),但原料成本相对来讲略为高昂。


3.4化学气相沉积法


化学气相沉积法制得膜层可控性强、致密度高、孔径小,但其成本较高,工艺复杂,通量略显不足,且目前化学气相沉积法所制得碳化硅陶瓷膜多用于半导体行业和气相分离,在其它方向的应用还有待进一步开发。


4 碳化硅陶瓷膜分离技术的应用


4.1油水分离


SiC陶瓷膜分离技术在油水分离中的应用最为广泛,涉及的含油水种类包括工业加工清洗油污水、船舶舱底油污水、石油工业及固体燃料热加工工业的含油污水等。根据SiC陶瓷膜孔径的不同(一般为0.01~10μm),其处理的油污种类可包括浮油、乳化油乃至溶解油。与目前用于处理油气勘探废水的技术相比,SiC陶瓷膜分离技术不仅使整体分离系统更加紧凑,还减少了化学品的使用。


4.2水质净化


SiC陶瓷超滤膜因具有高结构稳定性和选择性,还可用于净化水质,分离水中的悬浮物、细菌等杂质。一般地,SiC陶瓷膜的过滤精度为微滤和超滤。在水处理工艺中,一般配置为二级甚至三级的精处理工艺,可有效分离污水中的悬浮物、微小固体颗粒、细菌等,使产水水质达到我国废水排放标准。关于SiC陶瓷膜分离技术在水质净化方面的研究还需要不断深入,可拓展的应用领域也有待进一步挖掘。


4.3气体除尘、净化


近年SiC陶瓷膜在气体除尘、净化方面的应用研究也不断涌现,SiC陶瓷膜有望在气体分离领域大有作为。


  


5 结语


随着国内外日益重视环境保护,各国对高性能过滤分离技术的支撑需求也越来越迫切,为SiC陶瓷膜分离技术的发展和应用创造了契机。未来仍需要投入大量的资源,解决膜生产制备技术不成熟、应用研究不完善等问题,让SiC陶瓷膜分离技术真正的走向应用、造福于民。


参考来源:

【1】湖北迪洁膜科技公司官网.

【2】许政威.碳化硅陶瓷膜处理重金属废水的研究.武汉工程大学.2018.

【3】余炎子,等.多孔碳化硅陶瓷膜分离技术的应用研究进展.2021.

(中国粉体网编辑整理/星耀)

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作者:星耀

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