Introduzione al prodotto
Questo prodotto è un prodotto innovativo che rompe il confine tra gli scenari applicativi delle membrane inorganiche e organiche. Combina i vantaggi dei prodotti a membrana ceramica, che sono robusti e durevoli, così come l'elevata densità di riempimento dei prodotti a membrana organica. Il metodo di utilizzo è molto simile a quello delle membrane a colonna organica, che compensa gli elevati requisiti per la qualità dell'acqua in ingresso, l'elevato consumo di acqua di controlavaggio e il rischio di rottura del filo nella tecnologia a membrana di ultrafiltrazione. Può migliorare la resa idrica dei sistemi di ultrafiltrazione e ridurre i costi di pulizia chimica.
Il modulo membrana in ceramica è composto da più cartucce filtranti in ceramica al carburo di silicio integrate, unite insieme. L'esclusivo design strutturale rende la distribuzione idraulica dei canali di produzione dell'acqua e di controlavaggio di ogni membrana tubolare più uniforme e l'effetto di recupero del controlavaggio è eccezionale.
Perché scegliere la membrana ceramica?
Cos'è una membrana ceramica?
La membrana ceramica è una membrana realizzata con materie prime in polvere come ossido di alluminio, ossido di zirconio e ossido di titanio tramite un processo di sinterizzazione. La parete del tubo della membrana ceramica è densamente ricoperta di micropori. La differenza di pressione statica su entrambi i lati della membrana funge da forza motrice per la filtrazione. Le piccole molecole (o liquidi) passano attraverso la membrana e le molecole grandi (o particelle solide, goccioline liquide) vengono trattenute dalla membrana per raggiungere lo scopo di separazione, concentrazione e purificazione di diversi componenti del liquido di alimentazione.
Il meccanismo di filtrazione delle membrane ceramiche comprende la filtrazione a flusso incrociato e la filtrazione a fondo cieco. Tra queste, la filtrazione a flusso incrociato presenta vantaggi in termini di prestazioni. La maggior parte dei prodotti delle aziende sono principalmente filtrazione a flusso incrociato.
Filtrazione a flusso incrociato: Il fluido liquido grezzo circola ad alta velocità in modo tangenziale attraverso la superficie della membrana. Il filtrato (o permeato) viene filtrato attraverso la superficie della membrana sotto pressione. La circolazione del liquido grezzo elimina efficacemente il problema del facile blocco del mezzo filtrante nel tradizionale metodo di filtrazione terminale, assicura il funzionamento continuo del processo di separazione, migliora l'efficienza e la precisione della separazione e riduce efficacemente il consumo energetico del processo di separazione.
Filtrazione senza uscita: Quando si filtra un liquido di alimentazione ad alta concentrazione, grandi particelle del liquido di alimentazione vengono facilmente intrappolate sulla superficie della membrana per formare inquinamento della membrana, causando una rapida diminuzione dell'efficienza di separazione. È adatto solo per il trattamento di liquidi con un contenuto di solidi molto basso.
Perché le membrane ceramiche trovano spazio sul mercato?
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I materiali a membrana ad alte prestazioni sono un'industria emergente strategica fondamentale per lo sviluppo nazionale. Si stima che il valore totale dell'industria a membrana del mio Paese raggiungerà i 500 miliardi di yuan nel 2025.
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Le membrane ceramiche hanno eccellenti proprietà meccaniche, resistenza chimica e precisione di filtrazione. Sono state inventate dal Dott. Pall nel Progetto Manhattan negli anni '40. Dopo oltre 70 anni di sviluppo, i loro campi di applicazione si sono gradualmente espansi dall'energia nucleare, militare e aerospaziale ai settori civili come semiconduttori, nuove energie e biomedicina. Le dimensioni del mercato globale raggiungeranno i 6,83 miliardi di dollari nel 2023. Le risorse idriche sono scarse in Medio Oriente. La spesa totale dei progetti di desalinizzazione dell'acqua di mare pianificati o in corso nel 2023 è pari a 39,3 miliardi di dollari. Si prevede che il futuro inaugurerà un periodo a lungo termine di rapida espansione. La desalinizzazione termica tradizionale consuma circa 5 kWh per metro cubo, mentre la desalinizzazione a membrana consuma solo 2,5-3 kWh. Sullo sfondo della "Belt and Road Initiative", si prevede che la desalinizzazione a membrana continuerà ad aprire lo spazio della domanda di esportazione di membrane di separazione nazionali.
Perché le membrane ceramiche diventeranno una categoria di sviluppo chiave dell'industria delle membrane cinese
I materiali a membrana sono ampiamente utilizzati nella separazione selettiva di liquidi e gas, e i materiali a membrana inorganici hanno vantaggi in termini di prestazioni. Le membrane sono materiali con funzioni di separazione selettiva. Quando ci sono forze motrici come differenza di pressione, differenza di concentrazione e differenza di potenziale su entrambi i lati della membrana, i componenti della materia prima passano selettivamente attraverso la membrana per ottenere separazione, classificazione, concentrazione e purificazione di diversi componenti liquidi o gassosi.
In termini di materiali, i materiali delle membrane sono divisi in membrane organiche e membrane inorganiche. Le membrane inorganiche hanno eccellenti proprietà come elevata accuratezza di separazione, buona stabilità chimica, resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza alle alte temperature, resistenza ai solventi organici ed elevata resistenza meccanica. Le membrane inorganiche hanno una buona applicabilità nella separazione industriale di processo in ambienti difficili come sistemi di reazione ad alta temperatura e solventi e in campi speciali di trattamento delle acque come altamente corrosivi, ad alta temperatura, ad alto contenuto di sale, oleosi e ad alto contenuto di solidi sospesi. Sono diventati un'importante varietà di materiali per membrane con grandi prospettive di sviluppo. Anche l'estremità dell'applicazione è stata costantemente estesa dal tradizionale trattamento delle acque a valle ad alto valore aggiunto come semiconduttori, alimenti, medicinali e nuove energie.
Vantaggi delle membrane ceramiche
Rispetto alle tradizionali tecnologie di filtrazione e separazione, le membrane ceramiche offrono prestazioni eccellenti e sono facili da utilizzare e manutenere.
Proprietà meccaniche elevate: le membrane ceramiche inorganiche hanno un'elevata resistenza meccanica e possono sopportare pressioni superiori a 3 MPa. Non si deformano in condizioni di alta pressione e sono resistenti all'abrasione e all'usura ad alta velocità, facili da riavvolgere e pulire e hanno una qualità dell'acqua stabile dopo un funzionamento a lungo termine;
Elevata stabilità chimica: le membrane ceramiche sono resistenti ad acidi e alcali, forti ossidanti, alte temperature, solventi organici e pulizia. Possono essere utilizzate stabilmente in ambienti di lavoro inferiori a 800 gradi e sono adatte per fluidi ad alta temperatura e alta viscosità;
Lunga durata: il costo di investimento complessivo delle membrane ceramiche è basso per l'intero ciclo di vita;
Elevata precisione di filtrazione: le membrane ceramiche possono raggiungere una filtrazione a livello nanometrico e possono rimuovere efficacemente inquinanti come particolato, colloidi, microrganismi e tracce di materia organica nell'acqua;
Elevata efficienza di filtrazione: la membrana ceramica adotta un design integrato a nido d'ape di grande diametro, con distribuzione idraulica uniforme ed elevata efficienza operativa;
Elevata idrofilia: un singolo componente della membrana ceramica ha un'elevata portata d'acqua, riducendo efficacemente i costi di investimento e operativi;
Elevata porosità dello strato di supporto: elevato flusso di filtrazione e controlavaggio, elevata efficienza di filtrazione e controlavaggio;
Bassi costi operativi: il sistema a membrana ceramica richiede bassi requisiti di pretrattamento, riducendo l'investimento totale del sistema e i costi operativi;
Elevate prestazioni anti-fouling: le membrane ceramiche inorganiche hanno buone prestazioni anti-fouling, flusso stabile nel funzionamento a lungo termine e bassa frequenza di pulizia;
Facile installazione: il design modulare standard riduce i costi di investimento nelle condotte del sistema;
Può essere utilizzato per uso alimentare: la membrana in ceramica ha elevate prestazioni di sicurezza ed è certificata igienicamente per i prodotti per la sicurezza dell'acqua potabile.
Confronto con membrane organiche
Rispetto alle membrane organiche, le membrane ceramiche presentano vantaggi competitivi fondamentali e si prevede che continueranno a sostituirle.
I materiali delle membrane di separazione includono principalmente membrane organiche e membrane inorganiche. Tra questi, i materiali comunemente usati nelle membrane organiche includono polipropilene, politetrafluoroetilene, polivinilidene fluoruro, ecc. Le membrane organiche sono state sviluppate e applicate prima e hanno dimensioni dei pori più fini, maggiore accuratezza di filtrazione e costi relativamente bassi. Attualmente, la permeabilità è molto più alta di quella delle membrane ceramiche inorganiche.
Tuttavia, riteniamo che in futuro le membrane ceramiche continueranno a sostituire le tradizionali membrane organiche.
Le membrane polimeriche sono soggette a corrosione e il costo della sostituzione del materiale della membrana può arrivare fino al 61%.
In ambienti difficili, la superficie dei materiali delle membrane polimeriche è facilmente corrosa e contaminata dai liquidi e facilmente deformata dall'impatto, con conseguente riduzione delle prestazioni di separazione e necessità di frequenti sostituzioni. Secondo uno studio del 2023 della rivista SPRINGER, il costo della sostituzione del materiale della membrana rappresenta fino al 61% del costo operativo delle membrane organiche.
Le membrane ceramiche superano le carenze delle membrane organiche in termini di resistenza alle alte temperature, resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza ai solventi organici e resistenza meccanica e sono adatte per applicazioni di separazione a membrana in vari ambienti difficili o condizioni complesse.
Le membrane ceramiche hanno una struttura migliore, sono facili da pulire durante il funzionamento e hanno una lenta attenuazione del flusso
I componenti delle membrane ceramiche inorganiche sono generalmente composti da più membrane monocanale o multicanale monoblocco. Rispetto alle membrane polimeriche organiche, hanno meno probabilità di causare intasamenti delle membrane. Pertanto, le membrane ceramiche possono raggiungere rapporti di concentrazione più elevati durante la purificazione o la concentrazione. Le membrane ceramiche hanno un'attenuazione del flusso lenta, sono semplici da pulire, hanno un'elevata efficienza e sono economiche, e hanno un accumulo minore nei componenti della membrana.
Adatto per ambienti a bassa temperatura nel nord
Il flusso della membrana organica sarà significativamente ridotto a bassa temperatura. Per ogni grado Celsius di diminuzione della temperatura, il flusso diminuirà di 2/100. La membrana ceramica ha un'eccellente resistenza alle alte e basse temperature e ha grandi prospettive di penetrazione nella regione settentrionale.
Riduzione dei costi e ricerca e sviluppo di tecnologie avanzate
I vincoli fondamentali della membrana ceramica continuano a essere rimossi.
I fattori principali che attualmente limitano la penetrazione su larga scala delle membrane ceramiche sono i costi e le barriere di processo.
In termini di costi: secondo la ricerca SPRINGER, il prezzo dei componenti di membrana organica da 40 LHM/bar è di circa 100 $ USA/m2, mentre il prezzo dei componenti di membrana ceramica da 40-120 LHM/bar è di oltre 200 $ USA/m2. Sebbene il prezzo dei componenti di membrana ceramica sia più alto di quello delle membrane organiche, il costo della pulizia e della sostituzione della membrana nel processo operativo successivo è relativamente basso. Allo stesso tempo, i principali produttori nazionali di membrane ceramiche continuano a promuovere la riduzione dei costi e si prevede che la prestazione complessiva in termini di costi delle membrane ceramiche continuerà a migliorare;
Da una prospettiva tecnologica: le ceramiche stesse sono fragili e il processo di preparazione è più difficile di quello delle membrane ad alto peso molecolare. Allo stesso tempo, anche la dimensione dei loro pori strutturali è difficile da controllare. Attualmente, la Cina ha raggiunto capacità di progettazione e produzione relativamente mature, e il processo e le barriere tecniche delle membrane ceramiche continuano a indebolirsi.
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