Preparación y aplicación de membranas de SiC

Las tecnologías de preparación existentes de la membrana cerámica de carburo de silicio incluyen: el método de apilamiento de partículas, el método de reducción térmica de carbono, el método de craqueo de polímeros y el método de deposición química de vapor.

Método de apilamiento de partículas

El método de apilamiento de partículas es un método de sinterización de partículas sólidas. Este método se deriva del método de preparación de cerámica porosa y es un método común de preparación de membranas cerámicas. Las partículas pequeñas se dopan en partículas grandes. Las características de las partículas pequeñas que son fáciles de sinterizar se utilizan para elevar la temperatura y formar una conexión entre partículas grandes. La situación ideal es que los cuellos de las partículas grandes estén unidos, dejando una gran cantidad de orificios pasantes, manteniendo al mismo tiempo buenas propiedades mecánicas.

Cuando se utiliza el método de apilamiento de partículas para fabricar membranas de carburo de silicio, a menudo se utiliza el método de inmersión en suspensión para generar la capa de membrana por acción capilar. Después de preparar una suspensión estable, la suspensión se pone en contacto con la superficie del cuerpo de soporte, el medio fluye hacia el cuerpo de soporte y las materias primas dispersas en el medio se concentran y acumulan en la superficie del cuerpo de soporte para formar una capa de partículas, que luego se seca y se cuece para formar un producto terminado. Dado que este método es fácil de operar y requiere poco equipo, a menudo se utiliza en la producción de membranas cerámicas de carburo de silicio comerciales.

Método de sinterización por reacción de reducción térmica de carbono

La sinterización por reacción de reducción térmica de carbono utiliza principalmente una cantidad adecuada de fuente de silicio y carbono como materias primas para mezclarlos uniformemente, recubrirlos uniformemente sobre el soporte y luego realizar la reacción de reducción térmica de carbono en una atmósfera de argón o en un entorno de protección al vacío.

La fuente de carbono y la fuente de silicio utilizadas en la preparación de membranas cerámicas de carburo de silicio mediante sinterización por reacción de reducción térmica de carbono son en su mayoría orgánicas, y a menudo se requiere el método sol-gel para formar una película. Sin embargo, el método sol-gel tiene las dificultades de condiciones de formación de película duras, defectos fáciles y bajo rendimiento en la preparación de membranas de carburo de silicio, por lo que existen pocas aplicaciones específicas.

La sinterización por reacción de reducción térmica de carbono tiene una variedad de materias primas y una temperatura de reacción baja. Si se pueden resolver las duras condiciones y el bajo rendimiento en la etapa de formación de la capa de película, tiene el potencial de competir con el método de acumulación de partículas en la producción industrial de membranas cerámicas de carburo de silicio.

Método de craqueo de polímeros

El método de craqueo de polímeros utiliza un precursor cerámico para disolverlo o fundirlo y recubrirlo sobre el soporte, y luego lo craquea a alta temperatura para formar una cerámica inorgánica. Es un método de preparación común para cerámicas inorgánicas sin óxido en el extranjero.

El método de craqueo de polímeros para preparar membranas de carburo de silicio tiene las ventajas de una formación de membrana conveniente, espesor controlable, proceso simple, temperatura de calentamiento más baja (aproximadamente 1000 grados) en comparación con el método de acumulación de partículas, pero el costo de las materias primas es relativamente alto.

Método de deposición química de vapor

La capa de membrana preparada mediante el método de deposición química de vapor tiene una fuerte capacidad de control, alta densidad y tamaño de poro pequeño, pero su costo es alto, el proceso es complicado, el flujo es ligeramente insuficiente y las membranas cerámicas de carburo de silicio preparadas mediante el método de deposición química de vapor se utilizan actualmente principalmente en la industria de semiconductores y la separación de fases gaseosas, y la aplicación en otras direcciones necesita un mayor desarrollo.

Separación de aceite y agua

La tecnología de separación por membranas cerámicas de SiC es la más utilizada en la separación de aceite y agua, que involucra tipos de agua que contienen aceite, incluidas las aguas residuales aceitosas de limpieza de procesos industriales, las aguas residuales aceitosas de sentinas de barcos, las aguas residuales aceitosas en la industria petrolera y la industria de procesamiento térmico de combustibles sólidos, etc. Según los diferentes tamaños de poro de las membranas cerámicas de SiC (generalmente 0.01~10μm), los tipos de contaminación por aceite que trata pueden incluir aceite flotante, aceite emulsionado e incluso aceite disuelto. En comparación con la tecnología actual utilizada para tratar las aguas residuales de la exploración de petróleo y gas, la tecnología de separación por membranas cerámicas de SiC no solo hace que el sistema de separación general sea más compacto, sino que también reduce el uso de productos químicos.

Purificación de agua

Las membranas de ultrafiltración de cerámica de SiC también se pueden utilizar para purificar la calidad del agua y separar la materia en suspensión, las bacterias y otras impurezas en el agua debido a su alta estabilidad estructural y selectividad. Generalmente, la precisión de filtración de las membranas de cerámica de SiC es la microfiltración y la ultrafiltración. En el proceso de tratamiento de agua, generalmente se configura como un proceso de tratamiento fino secundario o incluso terciario, que puede separar eficazmente la materia en suspensión, las partículas sólidas diminutas, las bacterias, etc. en las aguas residuales, de modo que la calidad del agua del agua producida cumpla con los estándares de descarga de aguas residuales de mi país. Es necesario profundizar más en la investigación sobre la tecnología de separación de membranas de cerámica de SiC en la purificación del agua, y también es necesario explorar más a fondo las áreas de aplicación expandibles.

Eliminación y purificación de polvo de gas

En los últimos años, la investigación de aplicaciones de membranas cerámicas de SiC en la eliminación y purificación de polvo de gas también ha surgido continuamente, y se espera que las membranas cerámicas de SiC logren grandes logros en el campo de la separación de gases.

La eliminación y purificación de polvo de gas es un campo tecnológico de desarrollo e innovación a largo plazo. La tecnología de separación de membranas cerámicas de SiC ha agregado nuevas tecnologías aplicables, y la investigación relacionada también ha demostrado las capacidades únicas de eliminación y purificación de polvo de gas de las membranas cerámicas de SiC. Sin embargo, el trabajo de investigación actual está lejos de ser suficiente, y todavía hay muchos problemas que necesitan ser explorados y resueltos, como la estabilidad física y química de las membranas cerámicas de Si0 en entornos de gas de alta temperatura, las membranas son susceptibles a la contaminación y efectos de limpieza deficientes, y alto consumo de energía.

Con la creciente atención que se presta a la protección del medio ambiente en el país y en el extranjero, los países tienen necesidades cada vez más urgentes de apoyo a las tecnologías de filtración y separación de alto rendimiento, creando oportunidades para el desarrollo y la aplicación de la tecnología de separación con membranas cerámicas de SiC. En el futuro, todavía será necesario invertir una gran cantidad de recursos para resolver problemas como la tecnología de producción y preparación de membranas inmadura y la investigación de aplicaciones imperfecta, de modo que la tecnología de separación con membranas cerámicas de SiC pueda realmente aplicarse y beneficiar a la gente.