Salīdzinājumā ar sadzīves notekūdeņiem, kas galvenokārt satur parastos piesārņotājus, piemēram, organiskās vielas, slāpekli un fosforu, rūpnieciskajiem notekūdeņiem bieži ir sarežģīts piesārņotāju sastāvs, un tos bieži pavada ekstremāli apstākļi, piemēram, augsta temperatūra, spēcīgas skābes un spēcīgi sārmi. Šajos skarbajos apstākļos tradicionālās organiskās membrānas, piemēram, polivinilidēnfluorīds (PVDF) un poliētersulfons (PES), mēdz cīnīties,{1}}tās ir pakļautas novecošanai, deformācijai, ķīmiskai noārdīšanai, poru aizsērēšanai un pat pietūkuma izraisītiem bojājumiem, kas ievērojami saīsina kalpošanas laiku. Turpretim neorganiskām keramikas membrānām, kas parasti ir izgatavotas no alumīnija oksīda (-Al₂O3), ir raksturīgas priekšrocības, tostarp izturība pret augstu temperatūru, izturība pret stiprām skābēm/sārmiem, augsta mehāniskā izturība un izturība pret hidrofobiem piesārņotājiem. Apvienojot tos ar šķērsplūsmas filtrēšanas un pretplūsmas paņēmieniem, tie var efektīvi risināt problēmas, ko rada augstas-koncentrācijas piesārņotāji. Rezultātā tie demonstrē izcilu atdalīšanas veiktspēju un darbības stabilitāti tādos scenārijos kā eļļaini notekūdeņi, papīra ražošanas notekūdeņi un visaptveroši industriālā parka notekūdeņi. Šajā rakstā mēs sistemātiski pārskatām alumīnija oksīda keramikas membrānu tipiskos pielietojuma scenārijus.
Alumīnija oksīda keramikas membrānu filtrēšanas princips
Alumīnija oksīda keramikas membrānas tiek izgatavotas, izmantojot augstas -tīrības pakāpes -Al₂O3 (parasti saturs ir lielāks vai vienāds ar 99%). To mikrostruktūrai parasti ir izteikta asimetrija, veidojot "sviestmaižu" struktūru, kas sastāv no atbalsta slāņa, starpslāņa un atdalīšanas slāņa. Atbalsta slānis ir saķepināts no salīdzinoši lielām alumīnija oksīda daļiņām, nodrošinot augstu mehānisko izturību un izturot mehānisko slodzi. Starpslānim ir poru izmērs, kas atrodas starp atdalošā slāņa un atbalsta slāni, kalpojot kā savienojošais tilts un neļaujot membrānas slānim iekļūt makroporainajā balstā ražošanas laikā. Atdalošais slānis parasti ir tikai dažus līdz vairākus desmitus mikrometru biezs, ar blīvu poru struktūru, kas tieši nosaka filtrēšanas precizitāti.
Pateicoties šai struktūrai, keramikas membrāna nodrošina efektīvu atdalīšanu, izmantojot šķērsplūsmas{0}}filtrāciju. Kad padeves šķidrums, kas satur dažādu daļiņu izmēru frakcijas, ar noteiktu ātrumu plūst pa atdalīšanas slāņa virsmu, poru izmērs darbojas kā sijāšanas mehānisms. Transmembrānas spiediena ietekmē šķīdinātājs (piemēram, ūdens) un dažas mazas molekulas, kas ir mazākas par atdalīšanas slāņa porām, iziet cauri membrānai, iekļūst lielajos poru kanālos atbalsta pusē un tiek izvadītas kā "permeāts". Tikmēr suspendētās daļiņas, koloīdi, baktērijas, makromolekulārās organiskās vielas un pat emulģēti eļļas pilieni, kas ir lielāki par porām, tiek saglabāti uz membrānas ārējās virsmas, veidojot "retentātu". Pamatojoties uz šo principu, keramikas membrānas var kombinēt arī ar virsmas modifikāciju vai citām tehnoloģijām (piemēram, adsorbciju un nogulsnēšanu), lai selektīvi noņemtu specifiskus komponentus no rūpnieciskajiem notekūdeņiem, piemēram, smago metālu jonus.