L'HPMC (hidroxipropilmetilcel·lulosa) és un additiu polimèric orgànic comú que s'utilitza àmpliament en la preparació de membranes ceràmiques. Les membranes ceràmiques s'utilitzen àmpliament en la filtració, separació i purificació de líquids a causa de la seva bona resistència mecànica, resistència a la corrosió i resistència a altes temperatures. Tanmateix, la permeabilitat de les membranes ceràmiques és un dels factors clau que afecten el seu rendiment. Per tal de millorar la permeabilitat de les membranes ceràmiques, afegir additius adequats s'ha convertit en un dels mitjans importants.
1. El paper de l'HPMC en la preparació de membranes ceràmiques
Regulació de l'estructura dels porus
Durant la preparació de membranes ceràmiques, l'HPMC juga un paper en la regulació de l'estructura dels porus. En afegir HPMC a la pasta, es pot controlar eficaçment la formació de porus dins de la membrana ceràmica. L'HPMC es descompondrà durant la sinterització a alta temperatura per formar una estructura de porus més uniforme, cosa que és crucial per millorar la permeabilitat de les membranes ceràmiques. La uniformitat de la distribució de la mida dels porus i l'augment de la porositat fan que la membrana tingui una permeabilitat més alta alhora que manté la resistència, augmentant així la taxa de permeació del fluid.
Reduir la temperatura de sinterització
La temperatura de sinterització de la membrana ceràmica afecta directament la seva microestructura. L'HPMC pot reduir la temperatura de sinterització de les membranes ceràmiques, de manera que poden formar una estructura de membrana amb una excel·lent permeabilitat a una temperatura més baixa. La reducció de la temperatura de sinterització no només ajuda a estalviar energia, sinó que també alenteix el creixement excessiu dels grans, mantenint així l'estabilitat i la permeabilitat de l'estructura dels porus.
Millorar la fluïdesa dels fangs
Com a additiu, l'HPMC també pot millorar la fluïdesa de la pasta ceràmica i millorar el rendiment de conformació durant la preparació de la membrana. En millorar les propietats reològiques de la pasta, aquesta es pot distribuir de manera més uniforme a la superfície del substrat per formar una membrana ceràmica amb un gruix uniforme i una densitat moderada. Aquesta bona conformabilitat també ajuda a millorar la permeabilitat de la membrana final.
2. Mecanisme de l'HPMC per millorar la permeabilitat
L'estructura molecular de l'HPMC conté un gran nombre de grups hidroxil i metoxi, cosa que li confereix una bona solubilitat en aigua i propietats filmògenes. En la preparació de membranes ceràmiques, l'HPMC té les funcions següents:
Funció de l'agent formador de porus
L'HPMC experimenta una descomposició tèrmica durant el procés de sinterització per produir gas. Aquests gasos formen un gran nombre de porus fins dins de la membrana, actuant com a agent formador de porus. La generació de porus ajuda a la fluïdesa del líquid que passa a través de la membrana ceràmica, millorant així la permeabilitat de la membrana. A més, la descomposició de l'HPMC també pot evitar el bloqueig dels porus a la superfície de la membrana i mantenir els porus sense obstruccions.
Millorar la hidrofilicitat de la membrana
Els grups hidroxil de l'HPMC formen enllaços d'hidrogen amb les molècules d'aigua, fent que la superfície de la membrana ceràmica sigui més hidròfila. Un cop millorada la hidròfilicitat de la superfície de la membrana, el líquid és més fàcil de difondre i penetrar a la superfície de la membrana, cosa que millora significativament l'eficiència de penetració en el tractament i la filtració de l'aigua. A més, la hidròfilicitat també pot reduir eficaçment la contaminació i el bloqueig format pel líquid a la superfície de la membrana, millorant així encara més la permeabilitat.
Uniformitat i estabilitat de l'estructura de la membrana
L'addició d'HPMC pot fer que la microestructura de la membrana ceràmica sigui més uniforme. Durant el procés de sinterització, la presència d'HPMC pot inhibir eficaçment l'agregació excessiva de pols ceràmica, fent que l'estructura de porus de la membrana es distribueixi uniformement, millorant així la permeabilitat de la membrana. Al mateix temps, l'HPMC pot estabilitzar la suspensió durant el procés de preparació de la membrana, evitar que la suspensió precipiti i s'estratifici durant el procés de modelat i, per tant, garantir la uniformitat de la membrana ceràmica.
3. Exemples d'aplicació de HPMC i anàlisi d'efectes
En algunes aplicacions pràctiques, l'addició d'HPMC millora significativament la permeabilitat de les membranes ceràmiques. Prenent com a exemple el tractament d'aigües, afegint HPMC al procés de preparació de membranes ceràmiques, els materials de membrana preparats mostren un flux d'aigua elevat i un excel·lent rendiment anticontaminació. En el procés de tractament d'aigües residuals, la permeabilitat de la membrana és un factor important per determinar l'eficiència del tractament. La membrana ceràmica amb HPMC afegit pot aconseguir un flux d'aigua elevat a baixa pressió, cosa que millora considerablement l'eficiència del tractament i redueix el cost operatiu.
L'HPMC també s'utilitza àmpliament en la tecnologia de separació per membrana ceràmica en els camps de l'alimentació, la medicina, etc. Optimitza els efectes de filtració i separació de la membrana millorant la permeabilitat de la membrana. Per exemple, en el procés de filtració de la llet, l'HPMC millora la permeabilitat de la membrana, fent que el procés de filtració sigui més eficient i evitant la pèrdua de nutrients.
Com a additiu multifuncional, l'HPMC juga un paper important en la preparació de membranes ceràmiques. Millora eficaçment la permeabilitat de les membranes ceràmiques regulant l'estructura dels porus, reduint la temperatura de sinterització i millorant la fluïdesa de la pasta. L'efecte d'agent formador de porus de l'HPMC, la millora de la hidrofilicitat i la millora de la uniformitat de l'estructura de la membrana fan que la membrana ceràmica mostri una excel·lent permeabilitat en diverses aplicacions de filtració i separació. Amb el desenvolupament continu de la tecnologia de membranes ceràmiques, l'HPMC s'utilitzarà en més camps com a additiu, oferint més possibilitats per a l'avanç de la tecnologia de membranes.
Data de publicació: 30 de setembre de 2024