Como preparar tubos de membrana de carboneto de silício de alto desempenho para o processo de aplicação tornou-se um ponto importante de pesquisa atualmente. A membrana de carboneto de silício é geralmente uma estrutura assimétrica, composta por corpo de suporte, camada de transição e camada de separação. O processo de preparação inclui principalmente a formação de tarugos (formação de corpo de suporte, formação de membrana) e sinterização, ambos os quais têm um grande impacto no desempenho de formação de membrana. O processo de preparação adequado pode melhorar a integridade da membrana cerâmica e evitar rachaduras, grandes furos e outros defeitos. Existem quatro métodos principais de preparação da camada de membrana:
Método de puxar por imersão
O método dip and pull inclui principalmente os seguintes processos: Em primeiro lugar, as partículas cerâmicas ou precursores de polímero são dispersas em água ou solvente orgânico para formar uma solução homogênea e estável para formação de membrana e, após o revestimento, uma membrana úmida é formada na superfície do corpo de suporte poroso. O princípio de formação de membrana deste método inclui “filtração capilar” e “formação de membrana”. A filtração capilar ocorre quando o suporte poroso seco está em contato com a solução formadora de membrana. Sob a força capilar, o meio de dispersão entra no corpo de suporte e as partículas da solução de formação de membrana permanecem na superfície do corpo de suporte para formar uma membrana. a formação da membrana ocorre durante a separação do corpo de suporte e da solução formadora de membrana após o contato, e a solução formadora de membrana permanece na superfície do corpo de suporte sob a ação da força viscosa para formar uma membrana. O tubo de membrana cerâmica após preparação e otimização possui alta repetibilidade e apresenta excelente efeito no tratamento de esgoto. O método dip and pull é um dos métodos de preparação de membranas mais amplamente utilizados devido à sua operação simples e baixo consumo de energia.
Diagrama passo a passo da preparação da membrana sic pelo método dip and pull
Método de Pulverização
Spraying method is to use the spray gun to atomize the dispersed membrane making liquid into small droplets, and then deposit on the surface of the support body to form a membrane layer. The main operating parameters of the spraying method include the distance between the spray gun and the support body, the spraying pressure and the spraying time. Compared with dip and pull method, spraying method has the significant advantage of reducing the surface tension of the membrane making liquid through atomization, which is conducive to reducing the infiltration of the membrane layer into the support body pores, and thus reducing the interface resistance between the support body and the membrane layer. The spraying method has the advantages of easy large-scale production, simple operation, high slurry utilization efficiency and easy adjustment of membrane thickness. However, at present, this method is only used for the preparation of microfiltration membranes, and it does not meet the preparation requirements of small pore size membranes such as ultrafiltration and nanofiltration.
Spraying device diagram
Chemical Vapor Deposition Method
Chemical vapor deposition (CVD) is a method to prepare ceramic membrane by chemical reaction of one or several gaseous elements or compounds on the surface of porous support. The ceramic membrane prepared by this method has the characteristics of small membrane pore size and relatively low preparation temperature. However, CVD membrane has the disadvantages of harsh conditions, cumbersome process, high energy consumption and low membrane flux. At present, CVD membrane is mostly used in gas separation field, and its application in other fields needs to be further expanded. Chemical vapor deposition technology can only be used with chip ceramic membrane, and it is difficult to uniformly deposit in the preparation process of tubular or multi-channel ceramic membrane.
Schematic diagram of a CVD system for SiC membrane deposition
Phase Transformation Method
A conversão de fase significa que a pasta cerâmica contendo uma grande quantidade de solução polimérica pode ser alterada de líquida para sólida por indução úmida ou seca, úmida e seca significa que a solução polimérica é exposta a um banho de condensação não solvente ou atmosfera. Durante o processo de transformação de fase, a morfologia do polímero é retida como poros de membrana cerâmica, que geralmente são divididos em poros de dedo e poros esponjosos, e possuem fator de porosidade relativamente baixo, o que favorece a preparação de membranas cerâmicas de maior fluxo. A porosidade da membrana cerâmica tradicional está entre 25,95% e 47,64%, e a porosidade da membrana cerâmica preparada pelo método de transformação de fase é superior a 70%. No entanto, a fraca estabilidade mecânica e a fragilidade das amostras preparadas por este método limitam a sua aplicação na indústria. O método de transformação de fase é uma forma eficaz de preparar membranas cerâmicas com estrutura porosa hierárquica em uma única etapa, que tem ampla perspectiva de aplicação para otimizar a estrutura da membrana cerâmica e aumentar a porosidade e o fluxo da membrana cerâmica.
Distribuição do tamanho dos poros e imagem SEM da membrana de fibra oca SIC antes e depois da modificação da superfície
