HPMC (hydroxypropylmetylcelulóza) je bežná organická polymérna prísada, ktorá sa široko používa pri príprave keramických membrán. Keramické membrány sa vďaka svojej dobrej mechanickej pevnosti, odolnosti voči korózii a vysokej teplote široko používajú pri filtrácii, separácii a čistení kvapalín. Priepustnosť keramických membrán je však jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich ich výkon. Na zlepšenie priepustnosti keramických membrán sa pridávanie vhodných prísad stalo jedným z dôležitých prostriedkov.
1. Úloha HPMC pri príprave keramických membrán
Regulácia štruktúry pórov
Počas prípravy keramických membrán hrá HPMC úlohu pri regulácii štruktúry pórov. Pridaním HPMC do suspenzie sa dá účinne kontrolovať tvorba pórov vo vnútri keramickej membrány. HPMC sa počas vysokoteplotného spekania rozkladá a vytvára rovnomernejšiu štruktúru pórov, čo je kľúčové pre zlepšenie priepustnosti keramických membrán. Rovnomernosť rozloženia veľkosti pórov a zvýšenie pórovitosti spôsobujú, že membrána má vyššiu priepustnosť pri zachovaní pevnosti, čím sa zvyšuje rýchlosť priepustnosti kvapaliny.
Znížte teplotu spekania
Teplota spekania keramickej membrány priamo ovplyvňuje jej mikroštruktúru. HPMC dokáže znížiť teplotu spekania keramických membrán, takže pri nižšej teplote môžu vytvoriť membránovú štruktúru s vynikajúcou priepustnosťou. Zníženie teploty spekania nielen pomáha šetriť energiu, ale tiež spomaľuje nadmerný rast zŕn, čím sa udržiava stabilita a priepustnosť pórovitej štruktúry.
Zlepšiť tekutosť suspenzie
Ako prísada môže HPMC tiež zlepšiť tekutosť keramickej suspenzie a zlepšiť tvarovateľnosť suspenzie počas prípravy membrány. Zlepšením reologických vlastností suspenzie sa môže suspenzia rovnomernejšie rozložiť na povrchu substrátu a vytvoriť keramickú membránu s rovnomernou hrúbkou a strednou hustotou. Táto dobrá tvárnosť tiež pomáha zlepšiť priepustnosť konečnej membrány.
2. Mechanizmus HPMC na zlepšenie priepustnosti
Molekulová štruktúra HPMC obsahuje veľké množstvo hydroxylových a metoxyskupín, vďaka čomu má dobrú rozpustnosť vo vode a filmotvorné vlastnosti. Pri príprave keramických membrán zohráva HPMC nasledujúce úlohy:
Úloha pórotvorného činidla
HPMC sa počas procesu spekania tepelne rozkladá za vzniku plynu. Tieto plyny vytvárajú vo vnútri membrány veľké množstvo jemných pórov, ktoré pôsobia ako pórotvorné činidlo. Vytvorenie pórov napomáha tekutosti kvapaliny prechádzajúcej cez keramickú membránu, čím sa zlepšuje priepustnosť membrány. Okrem toho rozklad HPMC môže tiež zabrániť upchávaniu pórov na povrchu membrány a udržať póry priechodné.
Zlepšiť hydrofilnosť membrány
Hydroxylové skupiny v HPMC tvoria vodíkové väzby s molekulami vody, vďaka čomu je povrch keramickej membrány hydrofilnejší. Po zvýšení hydrofilnosti povrchu membrány sa kvapalina ľahšie rozptýli a preniká na povrch membrány, čo výrazne zlepšuje účinnosť penetrácie pri úprave a filtrácii vody. Okrem toho môže hydrofilnosť tiež účinne znížiť znečistenie a upchatie spôsobené kvapalinou na povrchu membrány, čím sa ďalej zlepšuje priepustnosť.
Jednotnosť a stabilita membránovej štruktúry
Pridanie HPMC môže dosiahnuť rovnomernejšiu mikroštruktúru keramickej membrány. Počas procesu spekania môže prítomnosť HPMC účinne zabrániť nadmernej agregácii keramických práškov, čím sa pórovitá štruktúra membrány rovnomerne rozloží, čím sa zlepší priepustnosť membrány. Zároveň HPMC môže stabilizovať suspenziu počas procesu prípravy membrány, zabrániť jej zrážaniu a stratifikácii počas procesu formovania, a tým zabezpečiť rovnomernosť keramickej membrány.
3. Príklady použitia HPMC a analýza účinkov
V niektorých praktických aplikáciách pridanie HPMC výrazne zlepšuje priepustnosť keramických membrán. Napríklad pri úprave vody vykazujú pripravené membránové materiály pridaním HPMC do procesu prípravy keramických membrán vysoký prietok vody a vynikajúce vlastnosti proti znečisteniu. V procese čistenia odpadových vôd je priepustnosť membrány dôležitým faktorom pri určovaní účinnosti čistenia. Keramická membrána s pridaným HPMC dokáže dosiahnuť vysoký prietok vody pri nízkom tlaku, čo výrazne zlepšuje účinnosť čistenia a znižuje prevádzkové náklady.
HPMC sa tiež široko používa v separačnej technológii keramických membrán v oblastiach potravinárstva, medicíny atď. Optimalizuje filtračné a separačné účinky membrány zlepšením jej priepustnosti. Napríklad v procese filtrácie mlieka HPMC zvyšuje priepustnosť membrány, čím sa proces filtrácie zefektívňuje a zabraňuje sa strate živín.
Ako multifunkčná prísada hrá HPMC významnú úlohu pri príprave keramických membrán. Účinne zlepšuje priepustnosť keramických membrán reguláciou štruktúry pórov, znížením teploty spekania a zlepšením tekutosti suspenzie. Účinok HPMC ako pórotvorného činidla, zvýšenie hydrofilnosti a zlepšenie rovnomernosti membránovej štruktúry spôsobujú, že keramická membrána vykazuje vynikajúcu priepustnosť v rôznych filtračných a separačných aplikáciách. S neustálym vývojom technológie keramických membrán sa HPMC bude používať ako prísada vo viacerých oblastiach, čo poskytne viac možností pre rozvoj membránovej technológie.
Čas uverejnenia: 30. septembra 2024