Quais são os novos materiais de membrana cerâmica?

A membrana cerâmica apresenta vantagens exclusivas em muitas aplicações exigentes por sua alta temperatura, alta pressão e resistência à corrosão. Nos campos de petroquímica, alimentos, medicina, meio ambiente, energia e metalurgia, ela se tornou uma das variedades mais promissoras e de mais rápido desenvolvimento.

Devido ao seu alto custo e aos poucos tipos, os materiais tradicionais de membrana cerâmica, como alumina, zircônia e óxido de titânio, limitaram sua aplicação nos setores modernos. Portanto, o desenvolvimento de materiais de membrana cerâmica novos e baratos é de grande importância para a aplicação e a popularização da tecnologia de membrana cerâmica.

Atualmente, a pesquisa sobre novos materiais de membrana cerâmica concentra-se principalmente em dois aspectos. Materiais de membrana de cerâmica sintética: principalmente carbeto de silício, mulita, cordierita, grafeno e fibra cerâmica; materiais de membrana de cerâmica natural: principalmente zeólita natural, cinzas volantes e caulim.

Materiais de membrana de cerâmica sintética

* Carbeto de silício

O carbeto de silício tem as vantagens de alta resistência, alta condutividade térmica, resistência à corrosão, resistência à oxidação e baixo preço. Ele pode manter boa estabilidade térmica e estabilidade química em condições adversas, por isso é uma das opções para desenvolver materiais de membrana cerâmica.

Os métodos de preparação da membrana cerâmica de carbeto de silício incluem principalmente a moldagem por extrusão e a moldagem por dutos de fluxo. Em comparação com os materiais tradicionais de membrana cerâmica, o carbeto de silício tem uma temperatura de sinterização mais baixa e maior resistência mecânica, além de uma ampla perspectiva de aplicação em sistemas de alta temperatura e alta pressão.

* Mullite

A mulita é o único composto cristalino binário estável no sistema Al2O3-SiO2, que pode ser preparado pela decomposição térmica do silicato de alumínio ou pela reação de alta temperatura entre a sílica e a alumina. Ele tem atraído cada vez mais atenção devido à sua resistência ácido-base, baixo coeficiente de expansão térmica e alto ponto de fusão. Em comparação com os materiais de filme cerâmico tradicionais, a membrana cerâmica de mulita tem maior porosidade e maior resistência a álcalis.

* Cordierita

A composição química teórica da cordierita é 2MgO-2Al2O3-5SiO2, que pertence ao sistema de cristal hexagonal e ao cristal de silicato cíclico de seis membros. Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica e à alta temperatura de decomposição, bem como às suas vantagens de baixo custo de produção e grande produção, ela tem atraído cada vez mais atenção no desenvolvimento de materiais de membrana cerâmica. Em comparação com a membrana de cerâmica de alumina, a membrana de cerâmica de cordierita tem melhor resistência à corrosão alcalina, menor temperatura de sinterização e menor custo de preparação.

* Fibra cerâmica

A fibra cerâmica não só tem as características inerentes de resistência a altas temperaturas, boa estabilidade química e longa vida útil do material cerâmico, mas também tem as vantagens de alta porosidade e área de superfície específica do material de fibra.

No processo de fabricação de membranas, as fibras cerâmicas, devido às suas características de formato de fibra, são empilhadas aleatoriamente entre as fibras para formar alta porosidade, e a porosidade total pode exceder 70%. A porosidade total da membrana de fibra cerâmica era quase o dobro da membrana de partículas cerâmicas, o que aumentou efetivamente o fluxo da membrana e reduziu a resistência à permeabilidade.

Alguns pesquisadores usaram nanofibras de dióxido de titânio como matéria-prima para preparar membranas de TiO2 de camada dupla em suportes de alumina pelo método de imersão em pasta. Ao adicionar soluções na camada de fibra para promover a adesão entre as fibras, a formação de orifícios com defeito foi reduzida. Sob a temperatura de sinterização de 480 ℃ com o fluxo de água pura de 1000L/m2.h.bar, o peso molecular interceptado é de 32.000, e o desempenho da membrana é muito superior ao da membrana cerâmica tradicional.

* Grafeno

O grafeno, também conhecido como "folha de grafite de monocamada", refere-se a uma camada densa de átomos de carbono envoltos em uma estrutura de cristal em forma de favo de mel. Os átomos de carbono estão dispostos em uma estrutura bidimensional, semelhante à monocamada de grafite. O grafeno é o único cristal atômico bidimensional de estado livre encontrado atualmente. Sua área de superfície específica teórica é de até 2.600 m2/g, e ele tem excelente condutividade térmica e propriedades mecânicas, por isso tem atraído cada vez mais atenção.

Materiais de membrana de cerâmica natural

* Zeólito

A zeólita natural tem uma estrutura porosa especial, uma superfície específica desenvolvida e hidroxila abundante na superfície. O processamento de zeólita natural em membranas de separação de cerâmica pode não apenas reduzir o custo de produção das membranas de separação, mas também oferecer uma nova opção para a preparação de membranas de cerâmica.

* Cinzas volantes

A cinza volante é o resíduo e o subproduto da usina termelétrica, que causa séria poluição ao meio ambiente. O teor de Al2O3 e SiO2 na cinza volante chega a 8,65%, e excelentes propriedades, como alta resistência ao fogo, baixo coeficiente de expansão térmica, boa estabilidade química e estabilidade térmica da mulita, podem ser formadas após a sinterização em alta temperatura. Portanto, a cinza volante pode preparar membranas de cerâmica com excelente desempenho e realizar a reciclagem.

* Caulim

O caulim (Al2O3-2SiO2-2H2O), também conhecido como argila de porcelana de silicato de alumínio hidratado, é um importante recurso mineral não metálico, que tem atraído cada vez mais atenção no campo da cerâmica devido ao seu baixo preço e desempenho superior.