Las propiedades intrínsecas de los materiales construyen las bases para la antipolución
1. La superficie inerte químicamente inhibe la adsorción de contaminantes
Silicon carbide (SiC) has extremely high chemical stability, low surface hydroxyl (-OH) content and weak polarity, and low adsorption energy for pollutants such as organic matter and metal ions. Compared with the polar surface of organic membranes (such as PVDF) that easily form hydrogen bonds or van der Waals forces with pollutants, the surface of SiC ceramic membranes is difficult to be Adherido por contaminantes hidrofílicos como proteínas y ácido húmico, lo que reduce la tasa inicial de contaminación de la fuente .
2. Estructura resistente a la corrosión superharda resiste la erosión física y química
La dureza del MOHS del carburo de silicio alcanza 9 . 2 (segundo solo para el diamante), y la resistencia a la compresión excede 300MPA . durante el flujo de agua de alta velocidad o la limpieza química o la limpieza química (como el hipoclorito de sodio, el ácido fuerte y el alkali), la superficie de la membrana no es fácil para producir scratches o una limpieza química de sodio.}}}}}}, la superficie de la membrana no es fácil para producir rasguños o degradaciones químicas de sodio.}}}}}}}, la superficie de la membrana no es fácil para producir rasguños o una limpieza química de sodio.}}}}}}, la superficie de la membrana no es fácil para producir scratches o pore deficiencia de sodio. La "barrera física" puede evitar que las partículas coloidales incrusten en los poros de membrana, mientras que las membranas orgánicas son propensas a la rotura de la cadena de polímeros después de la limpieza química a largo plazo, lo que resulta en poros de membrana agrandados o rugos de superficie, lo que acelera la contaminación.
3. La resistencia a la alta temperatura inhibe la contaminación biológica
Silicon carbide membranes can withstand high temperatures of 1400℃. Even when high-temperature sterilization (such as steam sterilization) or industrial high-temperature wastewater treatment is used in water treatment, the membrane structure remains stable. High temperature environment can effectively inhibit the reproduction of microorganisms and reduce the formation of biofilm on the superficie de la membrana, mientras que las membranas orgánicas pueden deformarse térmicamente por encima de 60 grados, proporcionando un lugar de reproducción para la contaminación biológica .
El diseño de la microestructura optimiza el rendimiento contra la contaminación
1. Uniformidad de apertura y canal de agujeros a través del bloqueo reducen el bloqueo
Las membranas de cerámica de carburo de silicio forman una estructura tridimensional a través del orificio a través de un proceso de sinterización, con una distribución de tamaño de poro estrecho (como 0 . 1 μm de nivel) . El efecto de "filtración de extremo muerto" de los contaminantes en los poros de la membrana es débil, y se llevan más fácilmente por el flujo de agua del flujo de agua cruzada de filtración cruzada { En contraste, la estructura porosa de las membranas orgánicas en forma de esponja forma fácilmente un "extremo ciego" para la intercepción contaminante, lo que resulta en el bloqueo de los poros.
2. La regulación de la energía superficial reduce la afinidad de los contaminantes
The surface energy of SiC membranes can be further reduced by surface modification (such as coating with titanium dioxide TiO₂ or grafting hydrophilic groups), reducing the water contact angle to below 30℃(about 60℃when unmodified). This super-hydrophilic surface can form a "hydration layer" to hinder the attachment of hydrophobic pollutants such as oils and Microorganismos, similares al efecto de loto para reducir la adhesión de la superficie .
Efecto sinérgico dinámico del mecanismo contra la contaminación
1. filtración de flujo cruzado y optimización de la tasa de flujo de la superficie de la membrana
La alta resistencia mecánica de las membranas de carburo de silicio permite tasas de flujo de flujo cruzado más altos (hasta 1 . 5m/s), y la fuerza de corte generada por el flujo de agua en la superficie de la membrana puede despegar efectivamente los contaminantes depositados . debido a las limitaciones de resistencia, las membranas órganicas generalmente pueden reducir la velocidad de flujo ({{3} m/), debido a las limitaciones de resistencia, las membranas órmbranas generalmente deben reducir la velocidad de flujo ({{3} m/). contaminantes más fácilmente depositados.
2. La tolerancia de limpieza química extiende la vida útil de la membrana
Cuando la superficie de la membrana está ligeramente contaminada, la membrana de carburo de silicio puede soportar agentes de limpieza de alta concentración (como 5000ppm de hipoclorito de sodio, 1 m ácido sulfúrico) . El agente puede penetrar en los poros de la membrana para degradarse a los contaminantes, y la tasa de recuperación de membrana después de la limpieza del 95%puede penetrar en los poros de la membrana}} Las membranas están limitadas por la resistencia a la corrosión del material, la concentración y la frecuencia de la limpieza química son limitadas, y la atenuación del flujo es obvia después de la operación a largo plazo .
Comparación de la capacidad contra la contaminación con la membrana orgánica
| Tipo de contaminación | Mecanismo contra la contaminación de la membrana cerámica de carburo de silicio | Mecanismo contra la contaminación de la membrana orgánica (PVDF) |
|---|---|---|
| Contaminación coloidal | La distribución estrecha del tamaño de los poros reduce la intercepción coloidal, y la alta velocidad de flujo se apaga y despegue | El tamaño de poro desigual conduce a la deposición coloidal, y la rugosidad de la superficie promueve la adsorción |
| Contaminación biológica | La alta resistencia a la temperatura inhibe la actividad microbiana, y la limpieza química esteriliza a fondo | La superficie es propensa a la formación de biopelículas, y los microorganismos residuales se reproducen rápidamente después de la limpieza |
| Contaminación orgánica | La baja energía de la superficie reduce la adsorción de la materia orgánica, y la estabilidad química evita la deposición del producto de degradación | La superficie polar tiene un fuerte enlace de hidrógeno con materia orgánica, lo que lleva a la adsorción a largo plazo y el bloqueo de los poros |
Estrategias contra la contaminación en aplicaciones de ingeniería
1. Proceso de pretratamiento sinergia
En agua de alta turbidez, la coagulación magnética o la precipitación de micro-arena se usan para eliminar los grandes sólidos suspendidos primero y reducir la carga de la superficie de la membrana; En las aguas residuales aceitosas, el proceso de flotación de aire se usa para el pretratamiento para reducir el contacto entre los contaminantes aceitosos y la superficie de la membrana .
2. retrolavado en línea y limpieza de pulsos
A través del retrolavado periódico de agua (presión 0 . 2mPa, 30s duraderos) o limpieza de pulso mixto de agua de aire (velocidad de gas 50 m³/h · m²), los contaminantes sueltos en la superficie de la membrana se despojan por la fuerza de impacto fluido, y el ciclo de limpieza química se extiende a más de 72 horas (las membranas órganicas son generalmente 24 horas).
Resumen: Ventajas técnicas del sistema multidimensional contra la contaminación
Las membranas cerámicas de carburo de silicio han mostrado ventajas significativas en la calidad difícil del agua (como las aguas residuales industriales y la reutilización del agua reciclada) a través del diseño tridimensional contra la contaminación de "procesamiento de estructura material" . su mecanismo anti-contaminación no solo se basa en la interferencia química y la resistencia mecánica del material en sí mismo, sino que también es una medición anti-de polroización en la medición de la microestrato en sí mismo, sino que se basa en la medición de la microestrería en el material de la microestrería en sí mismo, sino que se basa en la medición de la microestrería de la medición de la microestrato, sino que se basa en la medición de la microest sinergia de proceso, en última instancia, logrando operación estable a largo plazo y bajos costos de operación y mantenimiento . Esta es también la razón principal por la que está reemplazando gradualmente las membranas orgánicas tradicionales en el tratamiento de agua municipal e industrial .
Comparación de membranas
| Índice | Membrana cerámica de carburo de silicio | Membrana orgánica (E . G ., PVDF) | Filtración de arena tradicional/precipitación de floculación |
|---|---|---|---|
| Precisión de filtración | 0.1-5 μm (ultrafiltración/microfiltración) | 0.01-1 μm | 10-100 μm |
| Capacidad de contra-contaminación | Fuerte (resistente a la limpieza química y adhesión biológica) | Débil (se requiere limpieza química frecuente) | Medio (dependiente de la dosis coagulante) |
| Vida útil | 5-10 años | 2-3 años | El medio de filtro de arena necesita un reemplazo regular |
| Costo de operación | Bajo (reactivo reducido y costos de reemplazo de membrana) | Medio (altos costos para reactivos de limpieza y reemplazo de membrana) | Medio (alto consumo de coagulantes) |
| Calidad del agua aplicable | Aguas residuales de alta turbidez, alta enduría y alta temperatura | Aguas residuales de sólidos neutros y bajos de suspensión | Etapa previa |
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