Оглядываясь назад на развитие отрасли за последнее столетие, можно сказать, что эволюция керамических мембранных материалов никогда не была технологическим трюком, а скорее неизбежным результатом последовательных достижений. В этой статье прослеживается полная история развития керамических мембран, анализируя основную логику исследования различных материалов, популяризации глинозема, внедрения отечественного производства и перехода на карбид кремния, что позволяет получить представление об основных тенденциях в индустрии неорганических мембран.
I. Истоки военной промышленности: первые исследования, рожденные в результате «особого разделения» (1940-е годы)
Керамическая мембрана была разработана не для очистки воды, а для разделения изотопов в атомной промышленности. В то время промышленности остро требовался носитель, который был бы физически и химически стабилен, не вступал в реакцию со средой, имел чрезвычайно малый размер пор, стабильную структуру и мог бы долго работать в жестких условиях. Керамическая мембрана как раз отвечает этому требованию.
Изображение:UF₆ (гексафторид урана)
Керамические мембраны, разработанные на этом этапе, представляли собой всего лишь специальные материалы, используемые в лабораториях. Размер их пор был грубым, а точность разделения низкой, что делало их совершенно непригодными для промышленной очистки жидкой воды. Однако они заложили основу для основных характеристик «стабильности и коррозионной стойкости» в последующих технологиях керамических мембран.
II. Появление глиноземокерамических мембран: решение проблемы «от 0 до 1» в промышленной водоочистке (1960-1990-е гг.)
С быстрым развитием мировой промышленности спрос на осветление жидкостей и разделение материалов в пищевой промышленности, производстве напитков и основной химической промышленности резко возрос. Традиционная пластинчатая и рамочная фильтрация и фильтровальная бумага недостаточно точны и легко загрязняются. Промышленности срочно необходим многоразовый и моющийся неорганический фильтрующий материал, и для удовлетворения этой потребности появились керамические ультрафильтрационные мембраны.
После сравнения с различными неорганическими материалами оксид алюминия стал оптимальным выбором для гражданского промышленного применения. Хотя это не самый-неорганический материал с высокими эксплуатационными характеристиками, он имеет значительные преимущества при массовом производстве: большие запасы бокситов, низкие материальные затраты, отработанная технология низко-температурного спекания, высокая степень стандартизации готовой продукции, сбалансированные физико-химические свойства при нормальных условиях эксплуатации, а также контролируемые затраты на производство и техническое обслуживание на протяжении всего жизненного цикла. Это неорганический мембранный материал, подходящий для крупномасштабного-глобального применения.
Керамические мембраны из глинозема успешно отвечают фундаментальным требованиям «стабильности и возможности повторного использования» в промышленной фильтрации, став первой керамической мембраной, достигшей настоящего промышленного применения.
III. Промышленная локализация: отечественные глиноземно-керамические мембраны достигают независимого массового производства (начало 21 века)
В начале 21 века внутренний спрос на промышленную фильтрацию резко возрос. Однако керамические мембраны из глинозема были полностью монополизированы зарубежными поставщиками, что привело к высоким затратам и задержкам после-послепродажного обслуживания. Поэтому отечественное замещение неорганических мембран стало необходимостью для промышленности. Совместными усилиями отечественных научно-исследовательских институтов и предприятий удалось добиться самостоятельного массового производства отечественных глиноземокерамических мембран. Отечественное производство значительно снизило затраты на применение и заполнило пробелы в местной производственной цепочке.
Значение мембран из оксида алюминия отечественного производства:
l Это значительно снижает стоимость применения керамических мембран в традиционных сценариях очистки воды, делая неорганические мембраны более доступными для большего числа компаний.
l Это способствовало зрелости отечественной промышленности по производству керамических мембран и создало технологическую основу для последующих исследований и разработок высококачественных-материалов.
Изображение: керамическая мембрана из глинозема
Однако основные недостатки производительности так и не были преодолены. В таких отраслях, как новая энергетика и химическая промышленность соленых озер, по-прежнему трудно стабильно работать в течение длительного времени в условиях высокого содержания солей, высоких температур и сильных кислотных-щелочных условий. Рынок высокого-по-прежнему занят зарубежными специальными мембранными материалами.
IV. Прорыв в области керамических мембран из карбида кремния: решения, специально разработанные для «экстремальных условий работы» (за последнее десятилетие)
За последнее десятилетие или около того появились литиевые батареи, добыча лития из соленых озер и полупроводниковая промышленность, создающая сточные воды с пятью экстремальными условиями: высокая соленость, высокая температура, сильная кислота и щелочь, высокое содержание органических веществ и высокое содержание твердых частиц. Глинозем стабилен при нормальных рабочих условиях, но его поток быстро снижается в экстремальных условиях, что делает его непригодным для производственных нужд предприятий с постоянными-простоями, что подчеркивает нехватку высококачественных-специализированных неорганических мембран.
С учетом строгих требований-высоких условий эксплуатации и благодаря отраслевым прорывам в технологии высоко-температурного спекания были разработаны керамические мембраны из карбида кремния. Они полностью унаследовали основные преимущества неорганических мембран, такие как длительный срок службы, высокая надежность, способность удерживать взвешенные органические вещества и возможность многократной очистки. Благодаря превосходной кристаллической пористой структуре они подходят для воды различного экстремального и сложного качества, устраняя недостатки мембран из оксида алюминия в рабочих условиях.
V. Будущие тенденции отрасли. Благодаря политике и соблюдению требований, неорганические керамические мембраны могут стать долгосрочной-мейнстримной тенденцией.
Обычные ультрафильтрационные мембраны не демонстрируют существенной разницы в своей способности удерживать загрязняющие вещества, и их выбор во многом зависит от стоимости и особенностей обслуживания; однако долгосрочная-тенденция отрасли определяется как национальной промышленной политикой, так и глобальным соблюдением требований PFAS.
Национальная промышленная политика расширяет возможности отрасли:Высокоэффективные-керамические мембраны включены в национальные каталоги ключевых новых материалов и оборудования, рекомендованных к защите окружающей среды. Два типа керамических мембран включены в список приоритетных закупок ключевых новых материалов; Проекты модернизации технологии керамических мембран с нулевым уровнем выбросов получают субсидии в размере до 30 миллионов юаней на каждый проект; Специальный проект 14-й пятилетки-Плана продолжает поддерживать исследования и разработки отечественных мембранных материалов. В сочетании с разработкой двойного-углерода, повторным использованием водных ресурсов и модернизацией защиты окружающей среды критерии отбора в отрасли сместились с «пригодных к использованию» к «долговечным и не требующим-обслуживания» с четкими национальными рекомендациями: керамические мембраны предпочтительнее для комплексной очистки воды, и продвигается локализация-высокотехнологичных мембранных материалов.
Соответствие PFAS:С введением правил PFAS в Европе и США внутренний контроль постепенно ужесточается. Коммерческое производство органических мембран часто включает добавление фторированных добавок, что создает риск загрязнения ПФАС на протяжении всего жизненного цикла. Ведущие компании постепенно отказываются от использования фторорганических фильтрующих материалов.
Неорганические керамические мембраны производятся без фтора, стабильны по свойствам, не имеют рисков соответствия PFAS, имеют срок службы в 3-5 раз больше, чем органические мембраны, и образуют меньше твердых отходов. Они отвечают требованиям экологичного производства и станут основным выбором для фильтрации среднего---высокого класса в среднесрочной и долгосрочной перспективе.
Представление компании - JMFILTEC специализируется на исследованиях и разработках керамических мембран из карбида кремния.
Компания Zhejiang Jianmo Technology Co., Ltd. стремится разрабатывать самые прочные и долговечные мембранные материалы из карбида кремния. Команда основателей начала соответствующие научно-исследовательские работы в области карбидкремниевых мембранных материалов в 2011 году и на данный момент получила 8 патентов на изобретения, подано почти 50 патентов на изобретения и 6 патентов PCT.
Являясь национальным высокотехнологичным-предприятием и "специализированным, усовершенствованным и инновационным" предприятием в провинции Чжэцзян, JMFILTEC всегда придерживалась философии развития, основанной на "клиентоориентированности и технологичности-", стремясь создавать мембранные изделия мирового-класса из карбида кремния. В настоящее время продукция компании включает трубчатые мембраны, плоские-листовые мембраны, колонные мембраны и другое производное оборудование, широко используемое в очистке питьевой воды, очистке оборотной воды, опреснении морской воды, разделении химических процессов, производстве солей и хлор-щелочных химикатов, очистке шахтных вод, полупроводниковой микроэлектронике, удалении пищевых и фармацевтических примесей, извлечении лития из соленых озер, производстве новых энергетических катодов и анодов, жидких фотоэлектрических отходах. переработка и добыча сланцевого газа, а также многие другие области. Благодаря своим основным преимуществам, таким как сильная коррозионная стойкость, высокая производительность, длительный срок службы и простота очистки, он завоевал признание клиентов и рынка, что делает его высококонкурентным на международном рынке.
Сталкивались ли вы когда-нибудь на объекте,-когда «органические мембраны не выдерживали нагрузки, а мембраны из оксида алюминия были недостаточно стабильными»? Какие еще вопросы у вас есть относительно применения, обслуживания и сравнения стоимости мембран из карбида кремния? Не стесняйтесь обращаться к нам.
Если этот вопрос получит положительный ответ, мы будем использовать его в качестве отправной точки для запуска рубрики «Общие знания о мембранных материалах», а в последующих статьях будут даны подробные объяснения.