ГПМЦ (гідроксипропілметилцелюлоза) – це поширена органічна полімерна добавка, яка широко використовується у виробництві керамічних мембран. Керамічні мембрани широко використовуються для фільтрації, розділення та очищення рідин завдяки їхній добрій механічній міцності, стійкості до корозії та високих температур. Однак проникність керамічних мембран є одним із ключових факторів, що впливають на їхню ефективність. Для покращення проникності керамічних мембран додавання відповідних добавок стало одним із важливих засобів.
1. Роль ГПМЦ у приготуванні керамічних мембран
Регулювання структури пор
Під час приготування керамічних мембран ГПМЦ відіграє певну роль у регулюванні структури пор. Додавання ГПМЦ до суспензії може ефективно контролювати утворення пор всередині керамічної мембрани. ГПМЦ розкладається під час високотемпературного спікання, утворюючи більш однорідну структуру пор, що має вирішальне значення для покращення проникності керамічних мембран. Рівномірність розподілу розмірів пор та збільшення пористості забезпечують вищу проникність мембрани при збереженні міцності, тим самим збільшуючи швидкість проникнення рідини.
Знизити температуру спікання
Температура спікання керамічної мембрани безпосередньо впливає на її мікроструктуру. ГПМЦ може знизити температуру спікання керамічних мембран, завдяки чому вони можуть формувати мембранну структуру з чудовою проникністю за нижчої температури. Зниження температури спікання не тільки допомагає заощадити енергію, але й уповільнює надмірне зростання зерен, тим самим підтримуючи стабільність і проникність пористої структури.
Покращення плинності суспензії
Як добавка, ГПМЦ також може покращити плинність керамічної суспензії та покращити формувальні властивості суспензії під час приготування мембрани. Покращуючи реологічні властивості суспензії, вона може бути більш рівномірно розподілена по поверхні основи для формування керамічної мембрани з рівномірною товщиною та помірною щільністю. Ця хороша формуваність також допомагає покращити проникність кінцевої мембрани.
2. Механізм покращення проникності за допомогою ГПМЦ
Молекулярна структура ГПМЦ містить велику кількість гідроксильних та метоксигруп, що забезпечує йому добру розчинність у воді та плівкоутворювальні властивості. У виробництві керамічних мембран ГПМЦ відіграє такі ролі:
Роль пороутворюючого агента
ГПМЦ піддається термічному розкладу під час процесу спікання з утворенням газу. Ці гази утворюють велику кількість дрібних пор всередині мембрани, діючи як пороутворювальний агент. Утворення пор сприяє плинності рідини, що проходить через керамічну мембрану, тим самим покращуючи її проникність. Крім того, розкладання ГПМЦ також може запобігти закупорці пор на поверхні мембрани та зберегти пори відкритими.
Покращує гідрофільність мембрани
Гідроксильні групи в ГПМЦ утворюють водневі зв'язки з молекулами води, роблячи поверхню керамічної мембрани більш гідрофільною. Після підвищення гідрофільності поверхні мембрани рідина легше дифундує та проникає на поверхню мембрани, що значно покращує ефективність проникнення під час очищення та фільтрації води. Крім того, гідрофільність також може ефективно зменшити забруднення та закупорювання, що утворюються рідиною на поверхні мембрани, тим самим додатково покращуючи проникність.
Однорідність та стабільність структури мембрани
Додавання ГПМЦ може зробити мікроструктуру керамічної мембрани більш однорідною. Під час процесу спікання присутність ГПМЦ може ефективно пригнічувати надмірну агрегацію керамічних порошків, забезпечуючи рівномірний розподіл пористої структури мембрани, тим самим покращуючи проникність мембрани. Водночас ГПМЦ може стабілізувати суспензію під час процесу приготування мембрани, запобігати осадженню та розшаруванню суспензії під час процесу формування, і таким чином забезпечувати однорідність керамічної мембрани.
3. Приклади застосування ГПМЦ та аналіз ефектів
У деяких практичних застосуваннях додавання ГПМЦ значно покращує проникність керамічних мембран. Візьмемо, наприклад, очищення води, додаючи ГПМЦ у процес приготування керамічних мембран, отримані мембранні матеріали демонструють високий водопотік та чудові протизабруднювальні властивості. У процесі очищення стічних вод проникність мембрани є важливим фактором, що визначає ефективність очищення. Керамічна мембрана з додаванням ГПМЦ може досягти високого водопотоку при низькому тиску, що значно підвищує ефективність очищення та знижує експлуатаційні витрати.
ГПМЦ також широко використовується в технології розділення керамічними мембранами в харчовій промисловості, медицині тощо. Вона оптимізує фільтраційні та розділювальні ефекти мембрани, покращуючи її проникність. Наприклад, у процесі фільтрації молока ГПМЦ підвищує проникність мембрани, роблячи процес фільтрації ефективнішим та уникаючи втрати поживних речовин.
Як багатофункціональна добавка, ГПМЦ відіграє значну роль у виробництві керамічних мембран. Він ефективно покращує проникність керамічних мембран, регулюючи структуру пор, знижуючи температуру спікання та покращуючи плинність суспензії. Пороутворювальний ефект ГПМЦ, підвищення гідрофільності та покращення однорідності структури мембрани забезпечують чудову проникність керамічної мембрани в різних сферах фільтрації та розділення. З постійним розвитком технології керамічних мембран, ГПМЦ буде використовуватися в більшій кількості галузей як добавка, що забезпечить більше можливостей для розвитку мембранних технологій.
Час публікації: 30 вересня 2024 р.