Sammenlignet med kommunalt spildevand, som primært indeholder almindelige forurenende stoffer som organisk materiale, nitrogen og fosfor, har industrispildevand ofte komplekse forureningssammensætninger og er ofte ledsaget af ekstreme forhold såsom høje temperaturer, stærke syrer og stærke baser. Under disse barske forhold har traditionelle organiske membraner såsom polyvinylidenfluorid (PVDF) og polyethersulfon (PES) tendens til at kæmpe med-de er tilbøjelige til ældning, deformation, kemisk nedbrydning, poretilstopning og endda hævelse-induceret skade, hvilket fører til væsentligt forkortede levetider. I modsætning hertil tilbyder uorganiske keramiske membraner, typisk lavet af aluminiumoxid (-Al₂O₃), iboende fordele, herunder høj temperaturbestandighed, stærk syre/alkali-resistens, høj mekanisk styrke og modstandsdygtighed over for hydrofobe forurenende stoffer. Når de kombineres med cross-flow-filtrering og tilbageskylningsteknikker, kan de effektivt løse de udfordringer, som høj-koncentration af forurenende stoffer udgør. Som et resultat demonstrerer de fremragende separationsydelse og driftsstabilitet i scenarier som olieholdigt spildevand, papirfremstillingsspildevand og omfattende industriparkspildevand. I denne artikel gennemgår vi systematisk de typiske anvendelsesscenarier for keramiske aluminiumoxidmembraner.
Filtreringsprincippet for aluminiumoxidkeramiske membraner
Alumina keramiske membraner er fremstillet ved hjælp af høj-renhed -Al₂O₃ (typisk større end eller lig med 99 % indhold). Deres mikrostruktur udviser generelt en udtalt asymmetri, der danner en "sandwich"-struktur bestående af et støttelag, et mellemlag og et adskillelseslag. Støttelaget er sintret af relativt store aluminiumoxidpartikler, hvilket giver høj mekanisk styrke og bærer den mekaniske belastning. Mellemlaget har en porestørrelse, der ligger mellem adskillelseslagets og støttelaget, tjener som en forbindelsesbro og forhindrer membranlaget i at trænge ind i den makroporøse understøtning under fremstillingen. Separationslaget er typisk kun nogle få til flere titusvis af mikrometer tykt, med en tæt porestruktur, der direkte bestemmer filtreringsnøjagtigheden.
Understøttet af denne struktur opnår den keramiske membran effektiv adskillelse via kryds-flowfiltrering. Når fødevæsken indeholdende fraktioner af forskellige partikelstørrelser strømmer hen over overfladen af separationslaget med en vis hastighed, virker porestørrelsen som en sigtemekanisme. Under påvirkning af transmembrantryk passerer opløsningsmidlet (f.eks. vand) og nogle små -molekyle opløste stoffer mindre end adskillelseslagets porer gennem membranen, kommer ind i de store porekanaler på understøtningssiden og udledes som "permeat". I mellemtiden tilbageholdes suspenderede partikler, kolloider, bakterier, makromolekylære organiske stoffer og endda emulgerede oliedråber større end porerne på den ydre overflade af membranen og danner et "retentat". Baseret på dette princip kan keramiske membraner også kombineres med overflademodifikation eller andre teknologier (såsom adsorption og udfældning) for selektivt at fjerne specifikke komponenter fra industrielt spildevand, såsom tungmetalioner.