Gekristalliseerde siliciumcarbide-tubulaire keramische membranen

Geherkristalliseerde siliciumcarbide (R-SiC) buisvormige keramische membranen zijn hoogwaardige anorganische scheidingsmembranen vervaardigd uit zeer zuiver SiC (≥99%) via een herkristallisatie-sinterproces. Ze hebben een asymmetrische meerlaagse structuur bestaande uit een steunlaag, een tussenlaag en een scheidingslaag. Het dragermateriaal vertoont uitstekende mechanische en thermische eigenschappen, terwijl de scheidingslaag zorgt voor nauwkeurige filtratienauwkeurigheid en ultrahoge flux. De membranen combineren uitstekende chemische stabiliteit, hoge temperatuurbestendigheid en superieure mechanische sterkte, waardoor ze op grote schaal worden gebruikt bij de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen, materiaalconcentratie en geavanceerde afvalwaterbehandeling.

De sleutel tot R-SiC-membranen ligt in deherkristallisatie-sinterproces- bij temperaturen boven 2400°C in een vacuümomgeving ondergaan siliciumcarbidedeeltjes een faseovergang van vast naar gas en terug naar vast, waarbij ze nekverbindingen vormen via een verdampings-condensatiemechanisme. Hierdoor ontstaat een sterk onderling verbonden poreuze structuur in de scheidingslaag. De gehele membraanlaag is gemaakt van puur SiC zonder sinterhulpmiddelen. De dikte van de scheidingslaag is ongeveer120 µm, met een smalle poriegrootteverdeling die zowel het bereik van microfiltratie (MF) als ultrafiltratie (UF) bestrijkt (0,04 μm - 1,0 μm), waardoor een nauwkeurige scheiding van vaste stof en vloeistof mogelijk is. De steunlaag heeft een relatief hoge dichtheid (porositeit ≤ 17%), waardoor de structurele integriteit van het totale element wordt gewaarborgd.

R-SiC-membranen zijn bestand tegen sterke zuren, sterke basen en agressieve oxidatiemiddelen (ozon, natriumhypochloriet, hydroxylradicalen, enz.) over het volledige pH-bereik van 0-14. Deze tolerantie maakt een ruime keuze aan reinigingschemicaliën mogelijk en maakt frequente, zeer intensieve chemische reiniging mogelijk zonder de membraanlaag aan te tasten.

Het natuurlijk hydrofiele oppervlak (contacthoek slechts 0,3°) levert een zuivere waterstroom die 3-5 keer hoger is dan die van conventionele aluminiumoxide- of zirkoniumoxide-membranen, waardoor de eisen aan het membraanoppervlak en de systeemvoetafdruk aanzienlijk worden verminderd. Bovendien heeft het oppervlak een negatieve lading bij een pH > 3, die negatief geladen verontreinigingen zoals bacteriën, oliedruppels en eiwitten afstoot, waardoor vervuiling effectief wordt vertraagd.

Het steunmateriaal vertoont een buigsterkte van 90-100 MPa bij kamertemperatuur, die toeneemt tot 100-110 MPa bij 1200°C, wat een uitzonderlijk draagvermogen aantoont bij verhoogde temperaturen. Met een breeksterkte van 300 MPa, hardheid van 1800-2000 kg/mm² en breuktaaiheid van 1,8-2,0 MPa*m¹/² garandeert het membraanelement een langdurige betrouwbare werking onder zware omstandigheden.

Het materiaal biedt een hoge thermische geleidbaarheid (35-36 W/(m*K) bij 1200°C) en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt (4,6 * 10⁻⁶ /°C), wat resulteert in een uitstekende thermische schokbestendigheid die snelle temperatuurschommelingen weerstaat. De maximale bedrijfstemperatuur bereikt1650°C (oxiderende atmosfeer), veel groter dan die van conventionele keramische membranen, waardoor het geschikt is voor filtratie- en reactieomgevingen bij hoge temperaturen.

Bij normaal onderhoud bereikt de ontwerplevensduur3-5 jaar. Lage bedrijfsdrukken (0,1-0,3 MPa) verminderen het energieverbruik met 30%-50%, terwijl efficiënte terugspoel- en CIP-procedures (clean-in-place) het onderhoud eenvoudig en kosteneffectief houden.

• Bedrijfsdruk:Typisch 0,1-0,3 MPa, lage transmembraandruk zorgt voor energie-efficiëntie
• Terugspoelen:Periodiek terugspoelen met permeaat of schoon water herstelt meer dan 90% van de initiële flux
• CIP-reiniging:Compatibel met NaOH, HNO₃, NaClO en andere middelen; is bestand tegen agressieve en frequente reinigingscycli zonder de levensduur van het membraan te verkorten
• Verwijdering aan het einde van de levensduur:Het membraan kan volledig worden verbrand of gerecycled, waardoor er geen secundaire vervuiling ontstaat - milieuvriendelijk

Geherkristalliseerde buisvormige keramische membranen van siliciumcarbide bieden een aantrekkelijke combinatie vanvolledige pH-tolerantie, ultrahoge flux, superieure sterkte bij hoge temperaturen (toenemend bij 1200 °C), een lage thermische uitzettingscoëfficiënt en een maximale bedrijfstemperatuur van 1650 °C. Deze eigenschappen maken R-SiC-membranen tot een onmisbare technologie in de geavanceerde membraanscheidingssector. Ze zijn bijzonder geschikt voor uitdagende toepassingen waarbij sprake is van zeer corrosieve vloeistoffen, hoge temperaturen, olieachtige stromen of met deeltjes beladen media. Door zowel de kapitaalinvesteringen als de operationele kosten te verminderen en tegelijkertijd de permeaatkwaliteit en de systeembetrouwbaarheid te verbeteren, staan ​​R-SiC-membranen klaar om een ​​steeds belangrijkere rol te spelen op opkomende strategische gebieden zoals nieuwe energie, fijne chemicaliën en milieusanering. Naarmate productietechnologieën zich verder ontwikkelen, wordt verwacht dat de toepassing ervan zich verder zal uitbreiden in diverse industriële sectoren.