3.3.3. Керамические микро- и ультрафильтрационные мембраны

 

  К оглавлению книги

Керамические мембраны отличаются особенно высокой химической и температурной стойкостью. Мембраны имеют многослойную структуру, состоящую из высокопористой матрицы с нанесенными на поверхность ее внутренних каналов разделительными слоями [111–116] . Такие мембранные элементы выпускаются различных типов.

  • Одноканальный цилиндрический элемент. Внешний диаметр – 9,5 мм , внутренний диаметр – 5,0 мм , длина – 830 мм , размеры пор селективного слоя – 0,2–0,4 мкм; размеры пор подложки – 4–6 мкм, производительность по дистиллированной воде – 400–1000 л/(м 2 ·ч).
  • Семиканальный цилиндрический элемент. Диаметр – 23,5 мм , диаметр каналов – 3,6– 4,0 мм , длина – 830 мм , размеры пор селективного слоя – 5–7; 1,0–2,5; 0,2–0,5 мкм; размеры пор подложки – 10–15 мкм, производительность по дистиллированной воде – 300–900 л/(м 2 ·ч), площадь фильтрации – 0,1 м 2 .
  • Девятнадцатиканальный шестигранный элемент. Шестигранник – 34 мм, диаметр каналов – 5 мм (1 шт.), 4,5 мм (6 шт.), 3,4– 4,0 мм (12 шт.), длина – 830 мм , размеры пор селективного слоя – 5–7; 1,0–2,5; 0,2–0,5 мкм, размеры пор подложки – 10–15 мкм, производительность по дистиллированной воде – 200–800 л/(м2 ·ч), площадь фильтрации – 0,2 м2 .

3.1. Технические характеристики керамических мембран

Материал подложки и микрофильтрационного слоя

Al 2 O 3

Пористость всех элементов

35–95 %

Механическая прочность

до давления 30 атм

Термостойкость

до 400 °С

Стойкость в коррозионно-активных средах

рН = 1–14

Ультрафильтрационный слой (наносится на промежуточный микрофильтрационный), размер пор

10–30; 40–70; 80–100 нм

Материал селективного ультрафильтрационного слоя

SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , СеО 2

 

Внешний вид к ерамических мембран

Рис 3.8. Внешний вид к ерамических мембран

Преимущества керамических мембран перед полимерными:

– высокая термическая стойкость, температура эксплуатации до 400 ° С;

– стойкость в агрессивных средах с рН 0–13;

– стойкость в эрозионных потоках со скоростями 5–10 м/с;

– возможность эксплуатации при высоких перепадах давления (10–15 атм) при фильтровании и обратной промывке;

– высокая (90–95 %) пористость и трещиностойкость мембран.

Производство керамических мембран основано на последовательном получении пористой керамической заготовки с нанесением на нее тонкого разделительного слоя.

Керамическая основа формируется путем экструзии формовочной массы, в которую введен пластификатор (масло, глицерин, ПВС и т.п.) и выгорающие добавки (опилки, уголь, торф и т.п.). Полученные изделия высушивают и обжигают. В результате образуется твердый пористый керамический материал, частицы которого объединены химическими связями. Его пористость составляет около 50 %.

Промежуточный слой, который заполняет поры подложки, наносится путем фильтрации суспензии мелкодисперсного материала. После формирования слоя производится обжиг.

Последний – разделительный – слой отличается минимальными размерами диспергированных частиц. Для образования пор размером 0,05 мкм частицы должны быть не менее 0,1 мкм. Их получают, как правило, по золь-гель-технологии. После нанесения слоя путем фильтрации производится окончательный обжиг изделия.

image description

Рис 3.9. Структура многослойной керамической мембраны

 

Мембраны предназначены для работы в режиме тангенциальной фильтрации, но допускают обратные промывки фильтратом и очистку достаточно концентрированными кислотами и щелочами.

Недостатком керамических мембран является их малая удельная поверхность, поэтому они находят применение для переработки загрязненных сбросных вод.

Rambler's Top100 Rambler's Top100