Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC) ako polymérny materiál sa často používa v rôznych priemyselných oblastiach vrátane výstavby, potravín, farmaceutických výrobkov a iných polí. V posledných rokoch HPMC preukázala aj veľký potenciál v príprave a uplatňovaní keramických membrán. Keramické membrány sa široko používajú pri úpravách vody, chemických, farmaceutických a iných odvetviach kvôli ich vysokej mechanickej pevnosti, odolnosti proti vysokej teplote, kyslej a alkalickej rezistencie a ďalších charakteristík. HPMC sa postupne stala nevyhnutným pomocným činidlom pri príprave keramických membrán zlepšením štruktúry keramických membrán, zlepšením ich výkonnosti a optimalizáciou ich procesu prípravy.
1. Základné charakteristiky HPMC a úvod do keramických membrán
HPMC je neiónový éter celulózy s dobrou rozpustnosťou vody, tepelnou gélovaním, tvorbou filmu a zahusťovaním. Tieto charakteristiky HPMC jej umožňujú poskytovať lepší prevádzkový výkon a výkonnosť produktu v mnohých procesoch prípravy. Pri príprave keramických membrán, HPMC hrá hlavne viacnásobné úlohy, ako sú formy pórov, spojivá a modifikátory.
Keramické membrány sú membránové materiály s mikroporéznymi štruktúrami vyrobenými pomocou spekajúcich keramických materiálov (ako je hliník, oxid zirkónia, oxid titaničitý atď.), S vysokou chemickou rezistenciou a vynikajúcou mechanickou pevnosťou. Keramické membrány sa široko používajú pri úpravách vody, filtrácii potravín a nápojov, farmaceutickej separácii a ďalších poliach. Proces prípravy keramických membrán je však komplikovaný, najmä pri regulácii štruktúry pórov, hustoty membránových materiálov a rovnomernosti povrchu membrány. Preto pridanie prísad, ako je HPMC, môže účinne zlepšiť štruktúru a výkon keramických membrán.
2. Úloha HPMC pri príprave keramických membrán
Úloha formátorov pórov
Počas prípravy keramických membrán musia membránové materiály mať primeranú distribúciu pórovitosti a veľkosti pórov, aby sa zabezpečilo ich dobrý filtračný účinok. HPMC, ako bývalý póry, môže počas procesu spekania keramických membránových materiálov napolovať, aby vytvorila rovnomernú štruktúru pórov. HPMC sa rozloží a plní pri vysokých teplotách a nezostane v keramickej membráne, čím sa vytvorí kontrolovateľná veľkosť a distribúcia pórov. Tento účinok robí HPMC dôležitou prídavkou pri príprave mikroporéznych a ultrafiltračných keramických membrán.
Zvýšte mechanické vlastnosti membránových materiálov
HPMC má vynikajúce vlastnosti tvoriace filmy a počas prípravy keramických membrán môže zlepšiť mechanické vlastnosti membránových materiálov. V počiatočnom štádiu tvorby keramickej membrány sa HPMC môže použiť ako spojivo pre membránové materiály na zvýšenie interakcie medzi časticami, čím sa zlepší celková pevnosť a stabilita keramických membrán. Najmä v procese formovania keramických membrán môže HPMC zabrániť krakovaniu a deformácii membránových medzerov a zabezpečiť mechanickú pevnosť keramickej membrány po spekaní.
Zlepšiť hustotu a uniformitu keramických membrán
HPMC môže tiež zlepšiť hustotu a rovnomernosť keramických membrán. V procese prípravy keramických membrán je rovnomerné rozdelenie membránových materiálov rozhodujúce pre výkon membrány. HPMC má vynikajúcu dispergovateľnosť a môže pomôcť keramickým práškom rovnomerne rozdeliť v roztoku, čím sa zabráni defektom alebo miestnemu nerovnosti v membránovom materiáli. Okrem toho viskozita HPMC v roztoku môže regulovať rýchlosť sedimentácie keramických práškov, čím sa membránový materiál hustí a hladší počas procesu formovania.
Zlepšiť povrchové vlastnosti keramických membrán
Ďalšou hlavnou úlohou HPMC je zlepšenie povrchových vlastností keramických membrán, najmä z hľadiska hydrofilnosti a anti-foulingových vlastností membrány. HPMC dokáže upraviť chemické vlastnosti membránového povrchu počas prípravy keramických membrán, čím sa stane hydrofilnejšou, čím sa zvýši antifunkčná schopnosť membrány. V niektorých aplikáciách je povrch keramickej membrány ľahko adsorbovaný znečisťujúcimi látkami a zlyhá. Prítomnosť HPMC môže účinne znížiť výskyt tohto fenoménu a zvýšiť služobnú životnosť keramickej membrány.
3. Synergický účinok HPMC a ďalších prísad
Pri príprave keramických membrán HPMC zvyčajne pracuje v synergii s inými prísadami (ako sú plastifikátory, dispergátory, stabilizátory atď.) Na optimalizácii výkonu membrány. Napríklad kombinované použitie so plastifikátormi môže počas spekania urobiť zmršťovanie keramických membrán a zabrániť tvorbe trhlín. Synergický účinok HPMC a dispergátorov navyše pomáha rovnomerne distribuovať keramické prášky, zlepšuje rovnomernosť membránových materiálov a kontrolovateľnosť štruktúry pórov.
HPMC sa často používa aj v kombinácii s inými polymérnymi materiálmi, ako je polyetylénglykol (PEG) a polyvinyl pyrolidón (PVP). Tieto polymérne materiály môžu ďalej upravovať veľkosť pórov a distribúciu keramických membrán, čím sa dosiahne adaptívny dizajn pre rôzne požiadavky na filtráciu. Napríklad, PEG má dobrý účinok tvorby pórov. Pri použití spolu s HPMC je možné presnejšie kontrolovať mikroporéznu štruktúru keramických membrán, čím sa zlepší filtračná účinnosť membrány.
4. Tok procesu integrácie HPMC do keramickej membrány
Proces integrácie HPMC do keramickej membrány zvyčajne obsahuje nasledujúce kroky:
Príprava keramického suspenzie
Po prvé, keramický prášok (ako je hliník alebo oxid zirkónia) sa zmieša s HPMC a ďalšími prísadami, aby sa pripravila keramická kal s určitou plynulosťou. Pridanie HPMC môže upraviť viskozitu a dispergovateľnosť suspenzie a zabezpečiť rovnomerné rozdelenie keramického prášku v kalu.
Tvorba membrány
Keramická kalňa sa vytvára do požadovanej membránovej slepej membrány metódami, ako je odlievanie, extrúzia alebo injekcia. V tomto procese môže HPMC účinne zabrániť krakovaniu a deformácii membrány slepého a zlepšiť rovnomernosť membrány.
Sušenie a spekanie
Po sušení membrány je spekaná pri vysokej teplote. V tomto procese sa HPMC prchaví pri vysokej teplote, ponecháva štruktúru pórov a nakoniec vytvára keramickú membránu s požadovanou veľkosťou a pórovitosťou pórov.
Po liečbe membrány
Po spekaní môže byť keramická membrána po ošetrení podľa požiadaviek na aplikáciu, ako je modifikácia povrchu, poťahovanie alebo iné funkčné ošetrenie, aby sa ďalej optimalizovala jej výkon.
5. Vyhliadky a výzvy HPMC v aplikáciách keramickej membrány
HPMC má rozsiahle vyhliadky na aplikáciu pri príprave keramických membrán, najmä v aplikáciách špičkových aplikácií, ako je úpravy vody a separácia plynu, kde HPMC významne zlepšuje výkon keramických membrán. Avšak stále je potrebné ďalej študovať zvyšok HPMC počas spekania s vysokým teplotou a jeho vplyv na dlhodobú stabilitu membrány. Okrem toho, ako ďalej optimalizovať svoju úlohu v keramických membránach prostredníctvom molekulárneho dizajnu HPMC, je tiež dôležitým smerom pre budúci výskum.
Ako dôležité pomocné činidlo pri príprave keramických membrán sa HPMC postupne stáva jedným z kľúčových materiálov pri príprave keramických membrán prostredníctvom jeho mnohostranných účinkov, ako je tvorba pórov, zvýšené mechanické vlastnosti, zlepšené hustoty a zlepšené povrchové vlastnosti. V budúcnosti bude HPMC s nepretržitým vývojom technológie keramickej membrány hrať dôležitú úlohu v širšej škále oblastí, čo propaguje zlepšenie výkonu a rozšírenie aplikácií keramických membrán.
Čas príspevku: február-17-2025