中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境也隨之變化，水污染越來越嚴(yán)重。在習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的號(hào)召下，水治理成為建設(shè)生態(tài)文明圈的國(guó)家大計(jì)。陶瓷膜技術(shù)因其高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代水治理中發(fā)揮著重要作用。
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碳化硅陶瓷膜是一種新型的非氧化物無機(jī)膜，不僅具有機(jī)械強(qiáng)度高、孔徑分布集中、抗熱震性能佳、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且在膜通量、高溫穩(wěn)定性、以及耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿等方面有著突出的優(yōu)勢(shì)，將其用于重金屬?gòu)U水的處理，是一種有益的嘗試。碳化硅（SiC）陶瓷膜分離技術(shù)被認(rèn)為是近年來發(fā)展最迅速的膜分離新技術(shù)之一。
圖片來源：迪潔膜官網(wǎng)
1 什么是碳化硅陶瓷膜？
碳化硅陶瓷膜（SIC）采用重結(jié)晶技術(shù)通過高溫?zé)Y(jié)而成，其分離層、過渡層以及多孔支撐層全部為SiC材料，其過濾精度多為微濾和超濾。按膜結(jié)構(gòu)不同一般分為管式膜和平板膜。管式膜由分離層、過渡層和支撐層組成，平板膜由分離層和支撐層組成。
SIC膜過濾分離系統(tǒng)多采用“錯(cuò)流過濾”形式對(duì)液體進(jìn)行分離，原料液在膜管內(nèi)高速流動(dòng)，在壓力驅(qū)動(dòng)下含小分子成分的澄清滲透液沿與之垂直方向向外透過膜致密層，含大分子成分的渾濁濃縮液被截留，從而實(shí)現(xiàn)流體的澄清、分離、濃縮、提純的目的。
2 為什么選擇碳化硅陶瓷膜？
碳化硅陶瓷膜具有以下優(yōu)點(diǎn)：
♦化學(xué)穩(wěn)定性好，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿以及所有有機(jī)溶劑；
♦熱穩(wěn)定好，耐熱沖擊——在高溫條件下穩(wěn)定運(yùn)行；
♦開口孔隙率高、通量大；
♦親水疏油性好——能高效進(jìn)行油水分離；
♦膜結(jié)合強(qiáng)度高，耐磨性好。
SiC膜與其他膜的優(yōu)勢(shì)性能對(duì)照表
3 碳化硅陶瓷膜的制備方法
碳化硅陶瓷膜現(xiàn)有制備技術(shù)有：顆粒堆積法、碳熱還原法、聚合物裂解法及化學(xué)氣相沉積法等。
3.1顆粒堆積法
顆粒堆積法即固態(tài)粒子燒結(jié)法，這種方法脫胎于多孔陶瓷制備方法，是常見的陶瓷膜制備方法，在大顆粒中摻雜小顆粒，利用細(xì)小顆粒容易燒結(jié)的特點(diǎn)，升至一定溫度使大顆粒間形成連接，其中理想情況為大顆粒間頸部粘接，留有大量貫通孔道，同時(shí)保有較好的力學(xué)性能。
顆粒堆積法工藝流程圖
3.2碳熱還原反應(yīng)燒結(jié)法
碳熱還原反應(yīng)燒結(jié)主要使用適量的硅源和碳作為原料均勻混合，均勻涂覆在支撐體上，再在氬氣氣氛或真空環(huán)境保護(hù)下進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)。
碳熱還原燒結(jié)法流程圖
碳熱還原反應(yīng)燒結(jié)制備碳化硅陶瓷膜所用碳源硅源多為有機(jī)物，常需使用溶膠凝膠法成膜，而溶膠凝膠法制作碳化硅膜存在成膜條件較為苛刻、易產(chǎn)生缺陷，成品率不高等難點(diǎn)，因此少有具體應(yīng)用。
碳熱還原反應(yīng)燒結(jié)原料多樣，反應(yīng)溫度低，若能解決膜層成型階段條件苛刻以及成品率低的問題就有潛力在碳化硅陶瓷膜的工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域與顆粒堆積法競(jìng)爭(zhēng)。
3.3聚合物裂解法
聚合物裂解法使用陶瓷先驅(qū)體將其溶解或熔融并涂覆于支撐體之上，再經(jīng)過高溫裂解形成無機(jī)陶瓷，在國(guó)外是一種較為常見的非氧化物無機(jī)陶瓷的制備方法。
聚合物裂解法制備碳化硅膜具有膜層成型方便，厚度可控，工藝簡(jiǎn)單，相較于顆粒堆積法來講加熱溫度較低（1000℃左右），但原料成本相對(duì)來講略為高昂。
3.4化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法制得膜層可控性強(qiáng)、致密度高、孔徑小，但其成本較高，工藝復(fù)雜，通量略顯不足，且目前化學(xué)氣相沉積法所制得碳化硅陶瓷膜多用于半導(dǎo)體行業(yè)和氣相分離，在其它方向的應(yīng)用還有待進(jìn)一步開發(fā)。
4 碳化硅陶瓷膜分離技術(shù)的應(yīng)用
4.1油水分離
SiC陶瓷膜分離技術(shù)在油水分離中的應(yīng)用最為廣泛，涉及的含油水種類包括工業(yè)加工清洗油污水、船舶艙底油污水、石油工業(yè)及固體燃料熱加工工業(yè)的含油污水等。根據(jù)SiC陶瓷膜孔徑的不同（一般為0.01~10μm），其處理的油污種類可包括浮油、乳化油乃至溶解油。與目前用于處理油氣勘探廢水的技術(shù)相比，SiC陶瓷膜分離技術(shù)不僅使整體分離系統(tǒng)更加緊湊，還減少了化學(xué)品的使用。
4.2水質(zhì)凈化
SiC陶瓷超濾膜因具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和選擇性，還可用于凈化水質(zhì)，分離水中的懸浮物、細(xì)菌等雜質(zhì)。一般地，SiC陶瓷膜的過濾精度為微濾和超濾。在水處理工藝中，一般配置為二級(jí)甚至三級(jí)的精處理工藝，可有效分離污水中的懸浮物、微小固體顆粒、細(xì)菌等，使產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到我國(guó)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于SiC陶瓷膜分離技術(shù)在水質(zhì)凈化方面的研究還需要不斷深入，可拓展的應(yīng)用領(lǐng)域也有待進(jìn)一步挖掘。
4.3氣體除塵、凈化
近年SiC陶瓷膜在氣體除塵、凈化方面的應(yīng)用研究也不斷涌現(xiàn)，SiC陶瓷膜有望在氣體分離領(lǐng)域大有作為。
5 結(jié)語
隨著國(guó)內(nèi)外日益重視環(huán)境保護(hù)，各國(guó)對(duì)高性能過濾分離技術(shù)的支撐需求也越來越迫切，為SiC陶瓷膜分離技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造了契機(jī)。未來仍需要投入大量的資源，解決膜生產(chǎn)制備技術(shù)不成熟、應(yīng)用研究不完善等問題，讓SiC陶瓷膜分離技術(shù)真正的走向應(yīng)用、造福于民。
參考來源：
【1】湖北迪潔膜科技公司官網(wǎng).
【2】許政威.碳化硅陶瓷膜處理重金屬?gòu)U水的研究.武漢工程大學(xué).2018.
【3】余炎子，等.多孔碳化硅陶瓷膜分離技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展.2021.
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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