Guardando indietro allo sviluppo del settore nel secolo scorso, l'evoluzione dei materiali delle membrane ceramiche non è mai stata un espediente tecnologico, ma piuttosto un risultato inevitabile di progressi successivi. Questo articolo traccia la storia completa dello sviluppo delle membrane ceramiche, analizzando la logica sottostante dall'esplorazione di molteplici materiali, la divulgazione dell'allumina, l'implementazione della produzione interna e l'iterazione del carburo di silicio, acquisendo così una comprensione delle principali tendenze nel settore delle membrane inorganiche.
I. Le origini dell'industria militare: la prima esplorazione nata dalla "Separazione speciale" (anni Quaranta)
La membrana ceramica non è stata sviluppata per il trattamento dell'acqua, ma piuttosto per servire alla separazione degli isotopi nell'industria nucleare. A quel tempo, l’industria aveva urgentemente bisogno di un vettore che fosse fisicamente e chimicamente stabile, che non reagisse con il mezzo, avesse dimensioni dei pori estremamente ridotte, struttura stabile e potesse funzionare a lungo in condizioni difficili. La membrana ceramica ha semplicemente soddisfatto questo requisito.
Immagine:UF₆ (esafluoruro di uranio)
Le membrane ceramiche sviluppate in questa fase erano semplicemente materiali speciali utilizzati nei laboratori. Il controllo della dimensione dei pori era grossolano e la precisione della separazione bassa, il che li rendeva completamente inadatti al trattamento industriale dell'acqua liquida. Tuttavia, hanno gettato le basi per le caratteristiche fondamentali di “stabilità e resistenza alla corrosione” nelle successive tecnologie delle membrane ceramiche.
II. La nascita delle membrane ceramiche in allumina: la soluzione del problema “da 0 a 1” nel trattamento delle acque industriali (anni ’60-’90)
Con il rapido sviluppo dell’industria globale, è esplosa la domanda di chiarificazione dei liquidi e separazione dei materiali nei settori alimentare, delle bevande e dei prodotti chimici di base. La filtrazione tradizionale a piastre e telai e la carta da filtro non sono sufficientemente precise e si contaminano facilmente. L’industria ha urgentemente bisogno di un materiale filtrante inorganico riutilizzabile e lavabile e per soddisfare questa esigenza sono emerse membrane di ultrafiltrazione ceramiche.
Dopo aver effettuato confronti con vari materiali inorganici, l'allumina è diventata la scelta ottimale per le applicazioni industriali civili. Sebbene non sia il materiale inorganico-con le prestazioni più elevate, presenta vantaggi significativi nella produzione di massa: abbondanti riserve di bauxite, bassi costi dei materiali, tecnologia di sinterizzazione a bassa-temperatura matura, alto grado di standardizzazione dei prodotti finiti, proprietà fisico-chimiche equilibrate in condizioni operative normali e costi di produzione e manutenzione controllabili durante l'intero ciclo di vita. È un materiale di membrana inorganico adatto per l'implementazione globale su larga-scala.
Le membrane ceramiche in allumina hanno soddisfatto con successo i requisiti fondamentali di "stabilità e riutilizzabilità" nella filtrazione industriale, diventando la prima membrana ceramica a raggiungere una vera applicazione industriale.
III. Localizzazione industriale: le membrane ceramiche di allumina domestiche raggiungono una produzione di massa indipendente (inizio del 21° secolo)
All’inizio del 21° secolo, la domanda interna di filtrazione industriale è aumentata. Tuttavia, le membrane ceramiche in allumina erano completamente monopolizzate dai fornitori esteri, con conseguenti costi elevati e ritardi nel servizio post-vendita. Pertanto, la sostituzione domestica delle membrane inorganiche è diventata una necessità per l’industria. Gli istituti di ricerca e le imprese nazionali hanno collaborato per ottenere una produzione di massa indipendente di membrane ceramiche di allumina prodotte internamente. La produzione nazionale ha ridotto significativamente i costi di applicazione e ha colmato le lacune nella catena industriale locale.
Il significato della membrana di allumina prodotta internamente:
l Ciò riduce significativamente il costo di applicazione delle membrane ceramiche negli scenari convenzionali di trattamento delle acque, rendendo le membrane inorganiche più convenienti per un numero maggiore di aziende.
l Ciò ha promosso la maturità della catena industriale nazionale delle membrane ceramiche e ha accumulato una base tecnologica per la successiva ricerca e sviluppo di materiali di fascia alta-.
Immagine: membrana ceramica di allumina
Tuttavia, i suoi principali difetti prestazionali non sono stati superati. È ancora difficile operare in modo stabile per lungo tempo a fronte di condizioni di elevata salinità, alta temperatura e forte accoppiamento acido-base in settori quali l'industria chimica delle nuove energie e dei laghi salati. Il mercato di fascia alta- è ancora occupato da materiali speciali per membrane d'oltremare.
IV. La svolta delle membrane ceramiche in carburo di silicio: soluzioni su misura per "condizioni di lavoro estreme" (negli ultimi dieci anni)
Negli ultimi dieci anni circa, sono emerse le batterie al litio, l’estrazione del litio dai laghi salati e le industrie dei semiconduttori, che creano acque reflue con cinque condizioni estreme accoppiate: elevata salinità, alta temperatura, acidi e alcali forti, elevata materia organica e elevate particelle solide. L'allumina è stabile in condizioni operative normali, ma il suo flusso decade rapidamente in condizioni estreme, rendendola inadatta alle esigenze di produzione continua con tempi di inattività ridotti-delle aziende, evidenziando la carenza di membrane inorganiche dedicate di fascia alta-.
Sulla base dei severi requisiti delle condizioni operative di fascia alta-e grazie alle innovazioni del settore nella tecnologia di sinterizzazione ad alta-temperatura, sono state sviluppate membrane ceramiche in carburo di silicio. Ereditano pienamente i vantaggi principali delle membrane inorganiche, come lunga durata, elevata affidabilità, capacità di trattenere la materia organica sospesa e capacità di pulizia ripetuta. Con una struttura dei pori cristallini superiore, sono adatte per varie qualità di acqua estreme e complesse, risolvendo le carenze delle membrane di allumina in condizioni operative.
V. Tendenze future del settore: guidate sia dalle politiche che dalla conformità, le membrane ceramiche inorganiche sono destinate a diventare la tendenza principale a lungo-termine.
Le membrane di ultrafiltrazione convenzionali non mostrano differenze significative nella loro capacità di trattenere gli inquinanti e la selezione è in gran parte basata sui costi e sulle abitudini di manutenzione; tuttavia, la tendenza a lungo-termine del settore è determinata sia dalle politiche industriali nazionali sia dalla conformità globale al PFAS.
Le politiche industriali nazionali danno potere al settore:le-membrane ceramiche ad alte prestazioni sono incluse nei principali cataloghi nazionali di attrezzature che incoraggiano la tutela dell'ambiente e dei nuovi materiali. Due tipi di membrane ceramiche sono incluse nell'elenco degli appalti prioritari per i nuovi materiali chiave; i progetti di aggiornamento della tecnologia delle membrane ceramiche a emissioni zero-ricevono sussidi fino a 30 milioni di yuan per progetto; il progetto speciale del 14°-Piano quinquennale continua a sostenere la ricerca e lo sviluppo di materiali per membrane domestiche. Insieme allo sviluppo del doppio-carbonio, al riutilizzo delle risorse idriche e ai miglioramenti in materia di protezione ambientale, i criteri di selezione del settore sono passati da "utilizzabili" a "durevoli e a bassa-manutenzione", con chiare linee guida nazionali: le membrane ceramiche sono preferite per il trattamento complesso dell'acqua e viene promossa la localizzazione di materiali di membrana di fascia alta-.
Conformità PFAS:Con l’implementazione delle normative PFAS in Europa e negli Stati Uniti, i controlli nazionali si stanno gradualmente inasprendo. La produzione commerciale di membrane organiche spesso comporta l'aggiunta di additivi fluorurati, comportando un rischio di inquinamento da PFAS durante l'intero ciclo di vita. Le aziende leader hanno gradualmente eliminato i materiali filtranti organici fluorurati.
Le membrane ceramiche inorganiche sono prodotte senza fluoro, hanno proprietà stabili, non presentano rischi di conformità PFAS, hanno una durata utile 3-5 volte superiore a quella delle membrane organiche e generano meno rifiuti solidi. Soddisfano i requisiti di produzione ecologica e diventeranno la scelta principale per la filtrazione di fascia medio-alta nel medio e lungo termine.
Introduzione all'azienda - JMFILTEC si concentra sulla ricerca e sullo sviluppo di membrane ceramiche in carburo di silicio
Zhejiang Jianmo Technology Co., Ltd. si impegna a sviluppare i materiali per membrane in carburo di silicio più robusti e durevoli. Il team fondatore ha avviato il relativo lavoro di ricerca e sviluppo sui materiali a membrana in carburo di silicio nel 2011 e ora ha ottenuto 8 brevetti di invenzione, richiesto per quasi 50 brevetti di invenzione e 6 brevetti PCT.
Essendo un'impresa high-tecnologica nazionale e un'impresa"specializzata, raffinata e innovativa" nella provincia di Zhejiang, JMFILTEC ha sempre aderito alla filosofia di sviluppo "incentrata sul cliente-e guidata dalla tecnologia-", sforzandosi di creare prodotti a membrana in carburo di silicio di livello mondiale-. Attualmente, i prodotti dell'azienda comprendono membrane tubolari, membrane piatte-, membrane a colonna e altre apparecchiature derivate, ampiamente utilizzate nella purificazione dell'acqua potabile, nel trattamento dell'acqua riciclata, nella desalinizzazione dell'acqua di mare, nella separazione dei processi chimici, nella produzione chimica di sale e cloro-alcali, nel trattamento delle acque minerarie, nella microelettronica dei semiconduttori, nella rimozione di impurità alimentari e farmaceutiche, nell'estrazione del litio da laghi salati, nella produzione di catodi e anodi per nuova energia, nel riciclaggio di liquidi di scarto fotovoltaici e nel gas di scisto bituminoso. estrazione, tra molti altri campi. Con i suoi vantaggi principali quali forte resistenza alla corrosione, elevata produttività, lunga durata e facilità di pulizia, ha ottenuto il riconoscimento dei clienti e del mercato, rendendolo altamente competitivo nel mercato internazionale.
Hai mai riscontrato situazioni sul-sito in cui"le membrane organiche non potevano sopportare il carico e le membrane di allumina non erano abbastanza stabili"? Quali altre domande avete riguardo all'applicazione, alla manutenzione e al confronto dei costi delle membrane in carburo di silicio? Sentiti libero di contattarci.
Se questo problema riceverà una risposta positiva, lo utilizzeremo come punto di partenza per lanciare la rubrica "Conoscenza generale dei materiali delle membrane", con articoli successivi che forniranno spiegazioni dettagliate.