中國粉體網訊 隨著工業的飛速發展，生態環境也隨之變化，水污染越來越嚴重。在習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的號召下，水治理成為建設生態文明圈的國家大計。陶瓷膜技術因其高效、節能等優點，在現代水治理中發揮著重要作用。
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碳化硅陶瓷膜是一種新型的非氧化物無機膜，不僅具有機械強度高、孔徑分布集中、抗熱震性能佳、使用壽命長等特點，而且在膜通量、高溫穩定性、以及耐強酸強堿等方面有著突出的優勢，將其用于重金屬廢水的處理，是一種有益的嘗試。碳化硅（SiC）陶瓷膜分離技術被認為是近年來發展最迅速的膜分離新技術之一。
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1 什么是碳化硅陶瓷膜？
碳化硅陶瓷膜（SIC）采用重結晶技術通過高溫燒結而成，其分離層、過渡層以及多孔支撐層全部為SiC材料，其過濾精度多為微濾和超濾。按膜結構不同一般分為管式膜和平板膜。管式膜由分離層、過渡層和支撐層組成，平板膜由分離層和支撐層組成。
SIC膜過濾分離系統多采用“錯流過濾”形式對液體進行分離，原料液在膜管內高速流動，在壓力驅動下含小分子成分的澄清滲透液沿與之垂直方向向外透過膜致密層，含大分子成分的渾濁濃縮液被截留，從而實現流體的澄清、分離、濃縮、提純的目的。
2 為什么選擇碳化硅陶瓷膜？
碳化硅陶瓷膜具有以下優點：
♦化學穩定性好，耐強酸強堿以及所有有機溶劑；
♦熱穩定好，耐熱沖擊——在高溫條件下穩定運行；
♦開口孔隙率高、通量大；
♦親水疏油性好——能高效進行油水分離；
♦膜結合強度高，耐磨性好。
SiC膜與其他膜的優勢性能對照表
3 碳化硅陶瓷膜的制備方法
碳化硅陶瓷膜現有制備技術有：顆粒堆積法、碳熱還原法、聚合物裂解法及化學氣相沉積法等。
3.1顆粒堆積法
顆粒堆積法即固態粒子燒結法，這種方法脫胎于多孔陶瓷制備方法，是常見的陶瓷膜制備方法，在大顆粒中摻雜小顆粒，利用細小顆粒容易燒結的特點，升至一定溫度使大顆粒間形成連接，其中理想情況為大顆粒間頸部粘接，留有大量貫通孔道，同時保有較好的力學性能。
顆粒堆積法工藝流程圖
3.2碳熱還原反應燒結法
碳熱還原反應燒結主要使用適量的硅源和碳作為原料均勻混合，均勻涂覆在支撐體上，再在氬氣氣氛或真空環境保護下進行碳熱還原反應。
碳熱還原燒結法流程圖
碳熱還原反應燒結制備碳化硅陶瓷膜所用碳源硅源多為有機物，常需使用溶膠凝膠法成膜，而溶膠凝膠法制作碳化硅膜存在成膜條件較為苛刻、易產生缺陷，成品率不高等難點，因此少有具體應用。
碳熱還原反應燒結原料多樣，反應溫度低，若能解決膜層成型階段條件苛刻以及成品率低的問題就有潛力在碳化硅陶瓷膜的工業化生產領域與顆粒堆積法競爭。
3.3聚合物裂解法
聚合物裂解法使用陶瓷先驅體將其溶解或熔融并涂覆于支撐體之上，再經過高溫裂解形成無機陶瓷，在國外是一種較為常見的非氧化物無機陶瓷的制備方法。
聚合物裂解法制備碳化硅膜具有膜層成型方便，厚度可控，工藝簡單，相較于顆粒堆積法來講加熱溫度較低（1000℃左右），但原料成本相對來講略為高昂。
3.4化學氣相沉積法
化學氣相沉積法制得膜層可控性強、致密度高、孔徑小，但其成本較高，工藝復雜，通量略顯不足，且目前化學氣相沉積法所制得碳化硅陶瓷膜多用于半導體行業和氣相分離，在其它方向的應用還有待進一步開發。
4 碳化硅陶瓷膜分離技術的應用
4.1油水分離
SiC陶瓷膜分離技術在油水分離中的應用最為廣泛，涉及的含油水種類包括工業加工清洗油污水、船舶艙底油污水、石油工業及固體燃料熱加工工業的含油污水等。根據SiC陶瓷膜孔徑的不同（一般為0.01~10μm），其處理的油污種類可包括浮油、乳化油乃至溶解油。與目前用于處理油氣勘探廢水的技術相比，SiC陶瓷膜分離技術不僅使整體分離系統更加緊湊，還減少了化學品的使用。
4.2水質凈化
SiC陶瓷超濾膜因具有高結構穩定性和選擇性，還可用于凈化水質，分離水中的懸浮物、細菌等雜質。一般地，SiC陶瓷膜的過濾精度為微濾和超濾。在水處理工藝中，一般配置為二級甚至三級的精處理工藝，可有效分離污水中的懸浮物、微小固體顆粒、細菌等，使產水水質達到我國廢水排放標準。關于SiC陶瓷膜分離技術在水質凈化方面的研究還需要不斷深入，可拓展的應用領域也有待進一步挖掘。
4.3氣體除塵、凈化
近年SiC陶瓷膜在氣體除塵、凈化方面的應用研究也不斷涌現，SiC陶瓷膜有望在氣體分離領域大有作為。
5 結語
隨著國內外日益重視環境保護，各國對高性能過濾分離技術的支撐需求也越來越迫切，為SiC陶瓷膜分離技術的發展和應用創造了契機。未來仍需要投入大量的資源，解決膜生產制備技術不成熟、應用研究不完善等問題，讓SiC陶瓷膜分離技術真正的走向應用、造福于民。
參考來源：
【1】湖北迪潔膜科技公司官網.
【2】許政威.碳化硅陶瓷膜處理重金屬廢水的研究.武漢工程大學.2018.
【3】余炎子，等.多孔碳化硅陶瓷膜分離技術的應用研究進展.2021.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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