Terugkijkend op de ontwikkeling van de industrie in de afgelopen eeuw is de evolutie van keramische membraanmaterialen nooit een technologische gimmick geweest, maar eerder een onvermijdelijk gevolg van opeenvolgende ontwikkelingen. Dit artikel beschrijft de volledige ontwikkelingsgeschiedenis van keramische membranen, waarbij de onderliggende logica wordt ontleed uit de verkenning van meerdere materialen, de popularisering van aluminiumoxide, de implementatie van binnenlandse productie en de iteratie naar siliciumcarbide, waardoor inzicht wordt verkregen in de belangrijkste trends in de anorganische membraanindustrie.
I. Oorsprong uit de militaire industrie: de eerste verkenning die voortkwam uit ‘speciale scheiding’ (jaren 40)
Het keramische membraan is niet ontwikkeld voor waterbehandeling, maar ten behoeve van de scheiding van isotopen in de nucleaire industrie. Destijds had de industrie dringend behoefte aan een drager die fysisch en chemisch stabiel was, niet reageerde met het medium, een extreem kleine poriegrootte had, een stabiele structuur had en lange tijd onder zware omstandigheden kon functioneren. Het keramische membraan voldeed precies aan deze eis.
Afbeelding:UF₆ (uraniumhexafluoride)
De in dit stadium ontwikkelde keramische membranen waren slechts speciale materialen die in laboratoria werden gebruikt. Hun poriëngroottecontrole was grof en hun scheidingsprecisie was laag, waardoor ze volledig ongeschikt waren voor industriële behandeling van vloeibaar water. Ze legden echter de basis voor de kernkenmerken van "stabiliteit en corrosieweerstand" in daaropvolgende keramische membraantechnologieën.
II. De opkomst van keramische membranen van aluminiumoxide: oplossing van het "van 0 naar 1"-probleem bij industriële waterbehandeling (jaren 60 en 90)
Met de snelle ontwikkeling van de mondiale industrie is de vraag naar vloeistofzuivering en materiaalscheiding in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie en de basischemische industrie geëxplodeerd. Traditionele plaat- en framefiltratie en filterpapier zijn niet nauwkeurig genoeg en raken gemakkelijk vervuild. De industrie heeft dringend behoefte aan herbruikbaar en wasbaar anorganisch filtermateriaal, en keramische ultrafiltratiemembranen zijn op de markt gekomen om aan deze behoefte te voldoen.
Na benchmarking met verschillende anorganische materialen is aluminiumoxide de optimale keuze geworden voor civiele industriële toepassingen. Hoewel het niet het best- presterende anorganische materiaal is, heeft het aanzienlijke voordelen bij massaproductie: overvloedige bauxietreserves, lage materiaalkosten, volwassen sintertechnologie bij lage- temperaturen, hoge mate van standaardisatie van eindproducten, evenwichtige fysisch-chemische eigenschappen onder normale bedrijfsomstandigheden en beheersbare productie- en onderhoudskosten gedurende de gehele levenscyclus. Het is een anorganisch membraanmateriaal dat geschikt is voor grootschalige, wereldwijde implementatie.
Keramische membranen van aluminiumoxide hebben met succes voldaan aan de fundamentele eisen van "stabiliteit en herbruikbaarheid" bij industriële filtratie en zijn daarmee het eerste keramische membraan geworden dat echte industriële toepassing heeft bereikt.
III. Industriële lokalisatie: keramische membranen van aluminiumoxide voor huishoudelijk gebruik bereiken onafhankelijke massaproductie (begin 21e eeuw)
Aan het begin van de 21e eeuw steeg de binnenlandse vraag naar industriële filtratie enorm. Keramische membranen van aluminiumoxide werden echter volledig gemonopoliseerd door buitenlandse leveranciers, wat resulteerde in hoge kosten en vertraagde after--service. Daarom werd de binnenlandse vervanging van anorganische membranen een noodzaak voor de industrie. Binnenlandse onderzoeksinstellingen en bedrijven werkten samen om onafhankelijke massaproductie van in eigen land gemaakte keramische membranen van aluminiumoxide te realiseren. De binnenlandse productie verminderde de toepassingskosten aanzienlijk en vulde gaten in de lokale industriële keten op.
De betekenis van in eigen land geproduceerd aluminiumoxidemembraan:
l Dit verlaagt de toepassingskosten van keramische membranen in conventionele waterbehandelingsscenario's aanzienlijk, waardoor anorganische membranen betaalbaarder worden voor meer bedrijven.
l Dit heeft de volwassenheid van de binnenlandse keten van de keramische membraanindustrie bevorderd en een technologische basis gelegd voor daaropvolgend onderzoek en ontwikkeling van hoogwaardige-materialen.
Afbeelding: Keramisch membraan van aluminiumoxide
De belangrijkste tekortkomingen in de prestaties zijn echter nog niet verholpen. Het is nog steeds moeilijk om langdurig stabiel te opereren in het licht van hoge zoutgehalten, hoge temperaturen en sterke zuur-zuurbasekoppelingsomstandigheden in industrieën zoals de nieuwe energie- en de chemische industrie van zoutmeren. De hogere-markt wordt nog steeds bezet door speciale membraanmaterialen uit het buitenland.
IV. Doorbraak van keramische membranen van siliciumcarbide: oplossingen op maat voor "extreme werkomstandigheden" (in de afgelopen tien jaar)
In de afgelopen tien jaar zijn de lithiumbatterij, de lithiumwinning uit zoutmeren en de halfgeleiderindustrieën opgekomen, waardoor afvalwater is ontstaan met vijf extreem gekoppelde omstandigheden: hoog zoutgehalte, hoge temperatuur, sterk zuur en alkali, veel organisch materiaal en veel vaste deeltjes. Aluminiumoxide is stabiel onder normale bedrijfsomstandigheden, maar de flux ervan vervalt snel onder extreme omstandigheden, waardoor het ongeschikt wordt voor de voortdurende productiebehoeften van ondernemingen met lage- downtime, wat het tekort aan hoogwaardige -specifieke anorganische membranen benadrukt.
Gebaseerd op de strenge eisen van hoogwaardige bedrijfsomstandigheden, en dankzij doorbraken in de sector op het gebied van hoge- sintertechnologie, zijn keramische membranen van siliciumcarbide ontwikkeld. Ze erven volledig de kernvoordelen van anorganische membranen, zoals een lange levensduur, hoge betrouwbaarheid, het vermogen om zwevende organische stoffen vast te houden en het vermogen om herhaaldelijk te reinigen. Met een superieure kristallijne poriënstructuur zijn ze geschikt voor verschillende extreme en complexe waterkwaliteiten, waardoor de tekortkomingen van aluminiumoxidemembranen in bedrijfsomstandigheden worden aangepakt.
V. Toekomstige trends in de sector: Gedreven door zowel beleid als naleving staan anorganische keramische membranen klaar om de mainstream trend op de lange termijn- te worden.
Conventionele ultrafiltratiemembranen vertonen geen significant verschil in hun vermogen om verontreinigende stoffen vast te houden, en de selectie is grotendeels gebaseerd op kosten en onderhoudsgewoonten; De langetermijntrend van de sector wordt echter- bepaald door zowel het nationale industriële beleid als de mondiale naleving van PFAS.
Nationaal industriebeleid versterkt de industrie:keramische membranen met hoge-prestaties zijn opgenomen in de belangrijkste nationale catalogi van apparatuur voor nieuwe materialen en milieubescherming. Er zijn twee soorten keramische membranen opgenomen in de prioritaire aanbestedingslijst van belangrijke nieuwe materialen; nul-emissieprojecten voor de verbetering van keramische membraantechnologie ontvangen subsidies tot 30 miljoen yuan per project; het speciale project van het 14e Vijf-Jarenplan blijft het onderzoek en de ontwikkeling van binnenlandse membraanmaterialen ondersteunen. In combinatie met de dubbele-koolstofontwikkeling, hergebruik van waterbronnen en verbeteringen op het gebied van milieubescherming zijn de selectiecriteria van de industrie verschoven van 'bruikbaar' naar 'duurzaam en onderhoudsarm-', met duidelijke nationale richtlijnen: keramische membranen hebben de voorkeur voor complexe waterbehandeling en de lokalisatie van- hoogwaardige membraanmaterialen wordt gepromoot.
PFAS-naleving:Nu de PFAS-regelgeving in Europa en de Verenigde Staten is geïmplementeerd, worden de binnenlandse controles geleidelijk strenger. Bij de commerciële productie van organische membranen worden vaak gefluoreerde additieven toegevoegd, wat gedurende de gehele levenscyclus een PFAS-vervuilingsrisico met zich meebrengt. Toonaangevende bedrijven hebben gefluoreerde organische filtermaterialen geleidelijk uitgefaseerd.
Anorganische keramische membranen worden geproduceerd zonder fluor, hebben stabiele eigenschappen, kennen geen PFAS-nalevingsrisico's, hebben een levensduur die 3-5 keer zo lang is als die van organische membranen en genereren minder vast afval. Ze voldoen aan de eisen voor groene productie en zullen op de middellange tot lange termijn de mainstream keuze worden voor midden-tot-high-end filtratie.
Bedrijfsintroductie - JMFILTEC richt zich op onderzoek en ontwikkeling van keramische membranen op basis van siliciumcarbide
Zhejiang Jianmo Technology Co., Ltd. zet zich in voor de ontwikkeling van de meest robuuste en duurzame siliciumcarbidemembraanmaterialen. Het oprichtende team begon in 2011 met gerelateerd R&D-werk op het gebied van siliciumcarbidemembraanmaterialen en heeft nu 8 uitvindingsoctrooien gekregen, bijna 50 uitvindingsoctrooien aangevraagd en 6 PCT-octrooien.
Als nationaal high{0}}technologisch bedrijf en een "gespecialiseerde, verfijnde en innovatieve" onderneming in de provincie Zhejiang heeft JMFILTEC altijd vastgehouden aan de ontwikkelingsfilosofie van "klant-gericht en technologie-gedreven", met als doel het creëren van siliciumcarbide-membraanproducten van wereldklasse-. Momenteel omvatten de producten van het bedrijf buismembranen, platte-plaatmembranen, kolommembranen en andere afgeleide apparatuur, die veel wordt gebruikt bij drinkwaterzuivering, teruggewonnen waterbehandeling, ontzilting van zeewater, chemische processcheiding, zout- en chloor-alkalichemische productie, mijnwaterbehandeling, micro-elektronica van halfgeleiders, verwijdering van onzuiverheden uit voedsel en farmaceutische producten, lithiumextractie uit zoutmeren, productie van nieuwe energiekathoden en -anoden, recycling van fotovoltaïsche afvalvloeistoffen, en olieschaliegaswinning, naast vele andere velden. Met zijn kernvoordelen van sterke corrosiebestendigheid, hoge doorvoer, lange levensduur en eenvoudige reiniging heeft het erkenning gekregen van klanten en de markt, waardoor het zeer concurrerend is op de internationale markt.
Bent u ooit situaties op-locatie tegengekomen waarbij "organische membranen de belasting niet konden weerstaan en aluminiumoxidemembranen niet stabiel genoeg waren"? Welke andere vragen heeft u over de toepassing, het onderhoud en de kostenvergelijking van siliciumcarbidemembranen? Neem gerust contact met ons op.
Als dit onderwerp positief wordt beantwoord, zullen we het als uitgangspunt gebruiken om de rubriek "Algemene kennis van membraanmaterialen" te lanceren, met daaropvolgende artikelen met gedetailleerde uitleg.