Méthode de préparation d'une membrane céramique en carbure de silicium
Les technologies de préparation existantes de la membrane céramique en carbure de silicium comprennent : la méthode d'empilement de particules, la méthode de réduction thermique du carbone, la méthode de craquage des polymères et la méthode de dépôt chimique en phase vapeur.
Méthode d'empilement de particules
La méthode d'empilement de particules est une méthode de frittage de particules solides. Cette méthode est dérivée de la méthode de préparation de céramique poreuse et est une méthode courante de préparation de membranes céramiques. Les petites particules sont dopées dans les grosses particules. Les caractéristiques des petites particules qui sont faciles à fritter sont utilisées pour augmenter la température afin de former une connexion entre les grosses particules. La situation idéale est que les cols des grosses particules soient liés, laissant un grand nombre de trous traversants, tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques.
Lors de l'utilisation de la méthode d'empilement de particules pour fabriquer des membranes en carbure de silicium, la méthode d'immersion en suspension est souvent utilisée pour générer la couche de membrane par action capillaire. Après avoir préparé une suspension stable, la suspension est mise en contact avec la surface du corps de support, le milieu s'écoule dans le corps de support et les matières premières dispersées dans le milieu sont concentrées et accumulées sur la surface du corps de support pour former une couche de particules, qui est ensuite séchée et cuite pour former un produit fini. Étant donné que cette méthode est facile à utiliser et nécessite peu d'équipement, elle est souvent utilisée dans la production de membranes en céramique en carbure de silicium commerciales.
Procédé de frittage par réaction de réduction thermique du carbone
Le frittage par réaction de réduction thermique du carbone utilise principalement une quantité appropriée de source de silicium et de carbone comme matières premières pour mélanger uniformément, les enduire uniformément sur le support, puis effectuer une réaction de réduction thermique du carbone sous atmosphère d'argon ou sous protection d'un environnement sous vide.
La source de carbone et la source de silicium utilisées dans la préparation de membranes en céramique de carbure de silicium par frittage par réduction thermique du carbone sont principalement organiques, et la méthode sol-gel est souvent nécessaire pour former un film. Cependant, la méthode sol-gel présente des difficultés liées aux conditions difficiles de formation de film, aux défauts faciles et au faible rendement dans la préparation de membranes en carbure de silicium, de sorte qu'il existe peu d'applications spécifiques.
Le frittage par réduction thermique du carbone est une technique qui utilise une grande variété de matières premières et une faible température de réaction. Si les conditions difficiles et le faible rendement de l'étape de formation de la couche de film peuvent être résolus, il a le potentiel de concurrencer la méthode d'accumulation de particules dans la production industrielle de membranes en céramique de carbure de silicium.
Méthode de craquage des polymères
La méthode de craquage des polymères consiste à dissoudre ou à faire fondre un précurseur de céramique et à l'appliquer sur le support, puis à le craquer à haute température pour former une céramique inorganique. Il s'agit d'une méthode de préparation courante pour les céramiques inorganiques non oxydées à l'étranger.
La méthode de craquage de polymère pour la préparation de membranes en carbure de silicium présente les avantages d'une formation de membrane pratique, d'une épaisseur contrôlable, d'un processus simple, d'une température de chauffage plus basse (environ 1000 degrés) par rapport à la méthode d'accumulation de particules, mais le coût des matières premières est relativement élevé.
Méthode de dépôt chimique en phase vapeur
La couche de membrane préparée par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur présente une forte contrôlabilité, une densité élevée et une petite taille de pores, mais son coût est élevé, le processus est compliqué, le flux est légèrement insuffisant et les membranes en céramique de carbure de silicium préparées par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur sont actuellement principalement utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs et la séparation en phase gazeuse, et l'application dans d'autres directions nécessite un développement supplémentaire.
Application de la technologie de séparation par membrane céramique en carbure de silicium
Séparation huile-eau
La technologie de séparation par membrane céramique SiC est la plus largement utilisée dans la séparation huile-eau, impliquant des types d'eau contenant de l'huile, y compris les eaux usées huileuses de nettoyage de traitement industriel, les eaux usées huileuses de cale de navire, les eaux usées huileuses de l'industrie pétrolière et de l'industrie de traitement thermique des combustibles solides, etc. Selon les différentes tailles de pores des membranes céramiques SiC (généralement 0.01~10μm), les types de pollution par l'huile qu'elle traite peuvent inclure l'huile flottante, l'huile émulsifiée et même l'huile dissoute. Par rapport à la technologie actuelle utilisée pour traiter les eaux usées d'exploration pétrolière et gazière, la technologie de séparation par membrane céramique SiC rend non seulement le système de séparation global plus compact, mais réduit également l'utilisation de produits chimiques.
Purification de l'eau
Les membranes d'ultrafiltration en céramique SiC peuvent également être utilisées pour purifier la qualité de l'eau et séparer les matières en suspension, les bactéries et autres impuretés de l'eau en raison de leur stabilité structurelle et de leur sélectivité élevées. En général, la précision de filtration des membranes en céramique SiC est la microfiltration et l'ultrafiltration. Dans le processus de traitement de l'eau, il est généralement configuré comme un processus de traitement fin secondaire ou même tertiaire, qui peut séparer efficacement les matières en suspension, les minuscules particules solides, les bactéries, etc. dans les eaux usées, de sorte que la qualité de l'eau produite réponde aux normes de rejet des eaux usées de mon pays. La recherche sur la technologie de séparation par membrane céramique SiC dans la purification de l'eau doit être approfondie et les domaines d'application extensibles doivent également être explorés plus avant.
Élimination et purification des poussières de gaz
Ces dernières années, la recherche d'application des membranes céramiques SiC dans l'élimination et la purification des poussières de gaz a également augmenté en permanence, et les membranes céramiques SiC devraient faire de grandes avancées dans le domaine de la séparation des gaz.
L'élimination et la purification des poussières de gaz sont un domaine technologique de développement et d'innovation à long terme. La technologie de séparation par membrane céramique SiC a ajouté de nouvelles technologies applicables, et les recherches connexes ont également montré les capacités uniques d'élimination et de purification des poussières de gaz des membranes céramiques SiC. Cependant, les travaux de recherche actuels sont loin d'être suffisants et de nombreux problèmes doivent encore être explorés et résolus, tels que la stabilité physique et chimique des membranes céramiques Si0 dans des environnements gazeux à haute température, les membranes sont sensibles à la contamination et aux mauvais effets de nettoyage, et la consommation d'énergie est élevée.
Conclusion
Avec l'attention croissante accordée à la protection de l'environnement dans le pays et à l'étranger, les pays ont de plus en plus besoin de soutien pour les technologies de filtration et de séparation à haute performance, créant des opportunités pour le développement et l'application de la technologie de séparation par membrane céramique SiC. À l'avenir, d'importantes ressources devront encore être investies pour résoudre des problèmes tels que la technologie immature de production et de préparation des membranes et la recherche d'application imparfaite, afin que la technologie de séparation par membrane céramique SiC puisse réellement être appliquée et bénéficier à la population.