HPMC (hydroxypropylmethylcellulose) is een veelgebruikt additief voor organische polymeren dat veel wordt gebruikt bij de productie van keramische membranen. Keramische membranen worden veel gebruikt bij vloeistoffiltratie, -scheiding en -zuivering vanwege hun goede mechanische sterkte, corrosiebestendigheid en hoge temperatuurbestendigheid. De permeabiliteit van keramische membranen is echter een van de belangrijkste factoren die hun prestaties beïnvloeden. Om de permeabiliteit van keramische membranen te verbeteren, is het toevoegen van geschikte additieven een van de belangrijkste methoden geworden.
1. De rol van HPMC bij de bereiding van keramische membranen
Regulering van de poriënstructuur
Tijdens de bereiding van keramische membranen speelt HPMC een rol bij het reguleren van de poriestructuur. Door HPMC aan de slurry toe te voegen, kan de poriënvorming in het keramische membraan effectief worden gecontroleerd. HPMC zal tijdens het sinteren bij hoge temperatuur ontbinden en een gelijkmatigere poriestructuur vormen, wat cruciaal is voor het verbeteren van de permeabiliteit van keramische membranen. De uniforme poriegrootteverdeling en de toegenomen porositeit zorgen ervoor dat het membraan een hogere permeabiliteit heeft met behoud van sterkte, waardoor de permeabiliteit van de vloeistof toeneemt.
Verlaag de sintertemperatuur
De sintertemperatuur van het keramische membraan heeft een directe invloed op de microstructuur. HPMC kan de sintertemperatuur van keramische membranen verlagen, waardoor ze een membraanstructuur met een uitstekende permeabiliteit bij een lagere temperatuur kunnen vormen. De verlaging van de sintertemperatuur helpt niet alleen energie te besparen, maar vertraagt ook de overmatige korrelgroei, waardoor de stabiliteit en permeabiliteit van de poriestructuur behouden blijven.
Verbeter de vloeibaarheid van slib
Als additief kan HPMC ook de vloeibaarheid van keramische slurry verbeteren en de vormprestaties van de slurry tijdens de membraanvoorbereiding verbeteren. Door de reologische eigenschappen van de slurry te verbeteren, kan deze gelijkmatiger over het oppervlak van het substraat worden verdeeld, waardoor een keramisch membraan ontstaat met een uniforme dikte en een gematigde dichtheid. Deze goede vormbaarheid draagt ook bij aan een betere permeabiliteit van het uiteindelijke membraan.
2. Mechanisme van HPMC om de permeabiliteit te verbeteren
De moleculaire structuur van HPMC bevat een groot aantal hydroxyl- en methoxygroepen, waardoor het goed oplosbaar is in water en filmvormende eigenschappen heeft. Bij de productie van keramische membranen vervult HPMC de volgende functies:
Rol van poriënvormende agent
HPMC ondergaat thermische ontleding tijdens het sinterproces, waarbij gas ontstaat. Deze gassen vormen een groot aantal fijne poriën in het membraan, die fungeren als een poriënvormend middel. De vorming van poriën bevordert de vloeibaarheid van de vloeistof die door het keramische membraan stroomt, waardoor de permeabiliteit van het membraan verbetert. Bovendien kan de ontleding van HPMC ook verstopping van poriën op het membraanoppervlak voorkomen en de poriën vrijhouden.
Verbeter de hydrofiliteit van het membraan
De hydroxylgroepen in HPMC vormen waterstofbruggen met watermoleculen, waardoor het keramische membraanoppervlak hydrofieler wordt. Door de hydrofiliteit van het membraanoppervlak te verbeteren, diffundeert en penetreert de vloeistof gemakkelijker op het membraanoppervlak, wat de penetratie-efficiëntie bij waterzuivering en -filtratie aanzienlijk verbetert. Bovendien kan hydrofiliteit ook effectief de vervuiling en verstopping door de vloeistof op het membraanoppervlak verminderen, waardoor de permeabiliteit verder wordt verbeterd.
Uniformiteit en stabiliteit van de membraanstructuur
De toevoeging van HPMC kan de microstructuur van het keramische membraan uniformer maken. Tijdens het sinterproces kan de aanwezigheid van HPMC effectief de overmatige aggregatie van keramische poeders remmen, waardoor de poriënstructuur van het membraan gelijkmatig verdeeld wordt en de permeabiliteit van het membraan verbetert. Tegelijkertijd kan HPMC de slurry stabiliseren tijdens de membraanvoorbereiding, voorkomen dat de slurry neerslaat en zich tijdens het gietproces vormt, en zo de uniformiteit van het keramische membraan waarborgen.
3. HPMC-toepassingsvoorbeelden en effectanalyse
In sommige praktische toepassingen verbetert de toevoeging van HPMC de permeabiliteit van keramische membranen aanzienlijk. Neem bijvoorbeeld waterzuivering: door HPMC toe te voegen tijdens de voorbereiding van keramische membranen vertonen de geprepareerde membraanmaterialen een hoge waterflux en uitstekende antivervuilingsprestaties. Bij rioolwaterzuivering is de permeabiliteit van het membraan een belangrijke factor voor de zuiveringsefficiëntie. Een keramisch membraan met HPMC kan een hoge waterflux bereiken bij lage druk, wat de zuiveringsefficiëntie aanzienlijk verbetert en de bedrijfskosten verlaagt.
HPMC wordt ook veel gebruikt in keramische membraanscheidingstechnologie in de voedings- en medische sector. Het optimaliseert de filtratie- en scheidingseffecten van het membraan door de permeabiliteit ervan te verbeteren. Bijvoorbeeld, in het melkfiltratieproces verbetert HPMC de permeabiliteit van het membraan, waardoor het filtratieproces efficiënter wordt en er geen voedingsstoffen verloren gaan.
Als multifunctioneel additief speelt HPMC een belangrijke rol bij de bereiding van keramische membranen. Het verbetert effectief de permeabiliteit van keramische membranen door de poriestructuur te reguleren, de sintertemperatuur te verlagen en de vloeibaarheid van de slurry te verbeteren. Het poriënvormende effect van HPMC, de verbeterde hydrofiliteit en de verbeterde uniformiteit van de membraanstructuur zorgen ervoor dat het keramische membraan een uitstekende permeabiliteit vertoont in diverse filtratie- en scheidingstoepassingen. Met de voortdurende ontwikkeling van keramische membraantechnologie zal HPMC in steeds meer sectoren als additief worden gebruikt, wat meer mogelijkheden biedt voor de verdere ontwikkeling van membraantechnologie.
Plaatsingstijd: 30-09-2024