Керамическая мембрана

Керамические мембраны — это тип искусственных мембран, изготовленных из неорганических материалов (таких как оксид алюминия , титан , оксиды циркония, карбид кремния или некоторые стеклообразные материалы). Они используются в мембранных операциях для фильтрации жидкости.

В отличие от полимерных мембран , их можно использовать в разделениях, где присутствуют агрессивные среды (кислоты, сильные растворители). Они также обладают превосходной термической стабильностью, что позволяет использовать их в высокотемпературных мембранных операциях.

Как и полимерные мембраны, они бывают плотными или пористыми.

Исследователи изучили керамические мембраны на предмет потенциального применения в очистке сточных вод, разделении газов и мембранных реакторах . Керамические мембраны обычно служат дольше, чем полимерные мембраны , которые чаще используются для этих целей. В настоящее время керамические мембраны не получили широкого распространения, главным образом, из-за высокой стоимости производства.

Конфигурации включают трубчатые поперечноточные и тупиковые мембраны, а также плоские листовые мембраны.

Плотные мембраны

Плотные керамические мембраны используются с целью разделения газов. Примерами являются отделение кислорода от воздуха или выделение газообразного водорода из смеси. Плотные керамические мембраны изучались для целей интенсификации процессов с целью снижения энергопотребления многих технологий, используемых в нефтяной промышленности. Одним из таких применений являются мембранные реакторы , в которых используются плотные кислородопроницаемые мембраны. ^{[ 1 ]}

Пористые мембраны

Пористые керамические мембраны в основном используются для разделения газов и микро- или нанофильтрации . Они могут быть изготовлены как из кристаллических , так и из аморфных твердых тел.

Примером аморфной мембраны является кремнеземная мембрана. ^{[ 2 ]}

Примером высокопористой мембраны является мембрана из карбида кремния . ^{[ 3 ]}

Пористые керамические мембраны обычно изготавливаются методом спекания шликерного покрытия . В этом процессе основа первоначально изготавливается путем спекания частиц керамического материала в форме со связующим веществом. Затем поверхность этой опоры покрывают раствором более мелких керамических частиц и полимерного связующего. Затем это покрытие спекается с образованием пористого слоя мембраны. Затем этот процесс можно повторить для формирования новых слоев, которые обычно состоят из керамических частиц меньшего размера. Этот повторяющийся процесс со все более мелкими частицами создает анизотропную мембрану. ^{[ 4 ]}

История и производители керамических мембран

Первые керамические мембраны были произведены во Франции в 1980-х годах для целей обогащения урана в атомной промышленности. После того как во Франции было построено множество атомных электростанций, начались поиски других областей промышленного применения керамических мембран. В то же время проводились академические исследования керамических мембран. Руководящую группу возглавлял профессор Луи Кот из Национальной высшей школы химии в Монпелье. Рост группы привел к созданию с 1994 года лаборатории, полностью посвященной мембранным материалам и процессам. и в Европейский институт мембран в Монпелье в 2000 году. ^{[ 5 ]} Французские производители керамических мембран включают Orelis Environnement (группа Alsys), Pall Exekia и Tami Industries. Другие компании за пределами Франции включают CoorsTek ( http://www.coorstek.com ), Atech ( http://www.atech-innovations.com ), Inopor, Jiangsu Jiuwu, Meidensha, METAWATER ( https://www.metawater. co.jp/eng/ ), Liqtech и Mantec Техническая Керамика Ltd ( http://www.mantectechnicalceramics.com/products-services/porous-ceramics/фильтрация/star-sep-membranes/elements )

В то время как большинство производителей керамических мембран производят мембраны носителей и мембранные слои из оксида алюминия, оксида титана и оксида циркония, лишь немногие производители работают с карбидом кремния. Карбид кремния требует более высоких температур спекания (> 2000 °C). ^{[ 6 ]} по сравнению с мембранами на основе оксидов (1200–1600 °C). ^{[ 7 ]} Пионерами в разработке и коммерциализации карбидокремниевых мембран являются датская компания Liqtech, CeraMem (группа Alsys) и американская компания Kemco Systems.

Ссылки

^ Вэй, Яньин; Ян, Вэйшен; Каро, Юрген; Ван, Хайхуэй (15 марта 2013 г.). «Плотные керамические кислородпроницаемые мембраны и каталитические мембранные реакторы» . Химико-технический журнал . 220 : 185–203. Бибкод : 2013ЧЭнЖ.220..185Вт . дои : 10.1016/j.cej.2013.01.048 . ISSN 1385-8947 .
^ Р. М. де Вос и Х. Вервей (1998). «Высокоселективные и высокопоточные кремнеземные мембраны для разделения газов». Наука . 279 (5357): 1710–1711. Бибкод : 1998Sci...279.1710D . дои : 10.1126/science.279.5357.1710 . ПМИД 9497287 .
^ «ЛикТех Интернешнл, Дания». Аналитик отрасли фильтрации . 2013 (7): 10. 2013. doi : 10.1016/S1365-6937(13)70257-0 .
^ Бейкер, Ричард В. (2012). Мембранные технологии и их применение (3-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс: Джон Вили и сыновья. ISBN 978-1-118-35971-6 . OCLC 785390224 .
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 6 августа 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Го XZ, Ян Х (2005). «Спекание и микроструктура карбидокремниевой керамики с добавкой Y3Al5O12 золь-гель методом» . J Чжэцзянский университет, бакалавр наук . 6 (3): 213–8. дои : 10.1631/jzus.2005.B0213 . ПМЦ 1389724 . ПМИД 15682507 .
^ «Получение и характеристика неорганических половолоконных мембран». 2000. CiteSeerX 10.1.1.465.5275 .

[1] Вэй, Яньин; Ян, Вэйшен; Каро, Юрген; Ван, Хайхуэй (15 марта 2013 г.). «Плотные керамические кислородпроницаемые мембраны и каталитические мембранные реакторы» . Химико-технический журнал . 220 : 185–203. Бибкод : 2013ЧЭнЖ.220..185Вт . дои : 10.1016/j.cej.2013.01.048 . ISSN 1385-8947 .

[2] Р. М. де Вос и Х. Вервей (1998). «Высокоселективные и высокопоточные кремнеземные мембраны для разделения газов». Наука . 279 (5357): 1710–1711. Бибкод : 1998Sci...279.1710D . дои : 10.1126/science.279.5357.1710 . ПМИД 9497287 .

[3] «ЛикТех Интернешнл, Дания». Аналитик отрасли фильтрации . 2013 (7): 10. 2013. doi : 10.1016/S1365-6937(13)70257-0 .

[4] Бейкер, Ричард В. (2012). Мембранные технологии и их применение (3-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс: Джон Вили и сыновья. ISBN 978-1-118-35971-6 . OCLC 785390224 .

[5] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 6 августа 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[6] Го XZ, Ян Х (2005). «Спекание и микроструктура карбидокремниевой керамики с добавкой Y3Al5O12 золь-гель методом» . J Чжэцзянский университет, бакалавр наук . 6 (3): 213–8. дои : 10.1631/jzus.2005.B0213 . ПМЦ 1389724 . ПМИД 15682507 .

[7] «Получение и характеристика неорганических половолоконных мембран». 2000. CiteSeerX 10.1.1.465.5275 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]