في السنوات الأخيرة، تمت دراسة وتطبيق تقنية الفصل الغشائي على نطاق واسع باعتبارها واحدة من التقنيات الجديدة لمعالجة مياه الصرف الصحي. بالمقارنة مع التقنيات الأخرى، مثل الفصل بالجاذبية، والتخثر، وتكسير المستحلب، وامتصاص الزيت والقشط، والتحلل الحيوي، وامتزاز التلبد، والتبادل الأيوني وعمليات الفصل التقليدية الأخرى، فإن هذه التكنولوجيا تتمتع بالعديد من المزايا. مثل الانتقائية القوية، وانخفاض استهلاك الطاقة، ومجموعة واسعة من التطبيقات، وصديقة للبيئة، والمعدات البسيطة، وسهولة التشغيل، وما إلى ذلك. يمكن تقسيم غشاء فصل الزيت عن الماء إلى غشاء عضوي وغشاء غير عضوي وفقًا للمادة. يحتوي الغشاء العضوي على مجموعة واسعة من التطبيقات في البحث العلمي والمجالات التجارية. بالمقارنة مع الغشاء العضوي، يتميز غشاء السيراميك غير العضوي بثبات كيميائي وحراري قوي، ومقاومة ممتازة للأوساخ ومقاومة الضغط، وسهل التنظيف، وقوة ميكانيكية عالية، وعمر طويل، لذا فإن استخدام الغشاء الخزفي لفصل مستحلب الزيت عن الماء يعد أمرًا رئيسيًا. اتجاه. يمكن أن يؤدي التعديل الكاره للماء إلى تعزيز قابلية تبلل طبقة السيراميك للزيت، وتحسين كفاءة فصل مستحلب الماء في الزيت، وتعزيز الاستقرار الكيميائي ومتانة طبقة السيراميك.
شكل نظام مستحلب الماء في الزيت (W/O) هو أن الماء ينتشر في الزيت على شكل قطرات صغيرة. يؤدي تلوث الغشاء أثناء فصل الغشاء إلى انخفاض معدل تدفق التخلل والاحتفاظ مع تمديد وقت الاستخدام، مما يقلل من عمر خدمة الغشاء ويحد من تطبيق تكنولوجيا فصل الغشاء. يمكن أن يؤدي تعديل سطح الغشاء الخزفي إلى تحسين الانتقائية المحددة وتأثير الفصل للغشاء، وتقليل التفاعل بين سطح الغشاء وجزيئات التغذية غير الضرورية، وتقليل تلوث الغشاء إلى حد ما. لذلك، عادةً ما يؤدي فصل مستحلبات الماء في الزيت إلى اختيار طبقة كارهة للماء، والتي تسمح لقطرات الزيت بالمرور من خلالها واحتجاز قطرات الماء باستخدام خصائص سطح الغشاء الكارهة للماء والمحبة للدهون، وذلك لتحقيق تأثير الزيت والماء انفصال.
تعديل مسعور لسطح الغشاء الخزفي
عادةً ما يتم تحقيق التعديل الكاره للماء لسطح الغشاء الخزفي من خلال الجمع بين المواد الكارهة للماء أو لصقها، واختيار طاقة سطحية أقل، والخشونة المناسبة وبنية السطح، مثل استخدام السيلان أو الثيول لتوفير الخواص الكيميائية السطحية، وإدخال الميكرون أو البنية النانوية إلى الحصول على سطح ذو خشونة أفضل، وتحسين التأثير الكاره للماء لسطح الفيلم وتعزيز أداء الفصل.
هناك ثلاث طرق شائعة للتعديل الكاره للماء لسطح الغشاء الخزفي: التشريب، والسول-جل، وترسيب البخار الكيميائي.
01. طريقة الغمس
Impregnation method (Impregnation method) does not require special equipment, just the original ceramic film directly immersed in hydrophobic substance solution, the method is simple and direct, easy to operate, low cost. The hydrophobic modification of ceramic membrane surface is carried out by immersion method, which usually uses the functional group of hydrophobic substance to connect with the hydroxyl group on the ceramic membrane surface through condensation reaction.
Taking siloxane as a modifier for example, the operation steps of the impregnation method are as follows: dissolve the organosilane in water or ethanol and hydrolyze it to obtain a reactive silanol solution; When the pre-treated ceramic membrane is immersed in the solution, the reactive silane molecules can be adsorbed on the surface of the membrane, and the hydrophobic membrane can be obtained.
Hydrophobic effect is the result of the joint action of surface roughness and surface energy. In the study of hydrophobic modification of ceramic film, it is usually first to provide a certain rough micro-nano structure on the surface of ceramic film, and then modify it with low surface energy. In addition to the modification with silane coupling agent, mercaptan is also the preferred material to reduce the surface energy of the film.
In summary, the operation and steps of hydrophobic modification of the surface of ceramic film by impregnation method are relatively simple, and are greatly affected by the type of modifier, the concentration of modifier, the impregnation time, the number of impregnation times and the roughness of the surface of ceramic film. In addition, because the number of substances with low surface energy that react depends on its own concentration and the number of hydroxyl groups on the surface of ceramic film, Therefore, the method also has a great dependence on the reactive hydroxyl group on the surface of the ceramic membrane.
02. Sol-gel method
Sol-gel technique uses compounds containing highly chemically active components as precursors, and mixes these raw materials uniformly in the liquid phase. After chemical reactions such as hydrolysis and condensation, a stable transparent Sol system is formed in the solution. The sol is slowly polymerized among aged colloidal particles to form a gel with a three-dimensional network structure. The gel was dried and sintered to produce molecular and even nanostructured materials.
The hydrophobic modification of ceramic membrane by sol-gel method can form a large rough structure on the surface of the membrane, and can directly bind low surface energy chemicals. However, the early introduction of organosilane into the sol solution may lead to the formation of large volume polymers, resulting in poor modification effects.
Compared with other methods, sol-gel method can prepare a stable hydrophobic surface with good separation effect, but it takes a long time to prepare the sol solution, and macromolecular polymers may be formed in the process, which affects the modification effect. In general, secondary sintering is required after the completion of coating, and the process is more complicated. In addition, excessive temperature during secondary sintering will destroy the structure of the film, reduce the hydrophobicity and stability of the film, and the aperture of the modified film will decrease with the increase of the number and time of sol-gel coating. In addition, the sol has an important effect on the formation of colloid in the process of colloid preparation, and then affects the film forming quality. Coating time and times, ambient temperature and humidity, heating rate, calcination temperature and calcination time all have a great influence on the subsequent coating drying process. At present, the process can be simplified by reducing the sintering steps at high temperature, forming a rough structure on the surface of the film at one time and combining with low surface energy materials, so as to reduce the damage of the film structure at high temperature.
03 Chemical vapor deposition method
chemical vapor deposition (CVD) uses gas phase reactants deposited on the substrate surface to form a solid film with specific chemical properties. The method has the advantages of controllable film composition, good film repeatability, uniform film layer, wide application range, no restriction on the shape of the substrate and no damage to the substrate material, and is an effective method to change the surface properties and microstructure of the film. For hydrophobic modification of the ceramic film using this method, the ceramic film needs to be placed in a closed container and heated at the boiling point temperature of the organosilane for a long time. The organosilane vapor is passed through to react with the hydroxyl group on the surface of the ceramic film, and the reaction principle is the same as that of the impregnation method.
Under normal circumstances, in order to make the organosilane reagent can be fully utilized, it is necessary to select a closed container with a size similar to the ceramic membrane, so that the contact and reaction of organosilane vapor with the ceramic membrane can be maximized.
يعد ترسيب البخار الكيميائي (CVD) الطريقة المفضلة لتحضير جزيئات النانو الدقيقة والقضبان النانوية على سطح الفيلم وتشكيل البنية المجهرية المطلوبة. يتميز الفيلم الخزفي الكاره للماء الذي تم تعديله عن طريق ترسيب البخار الكيميائي بمزايا طبقة الفيلم الموحدة، والاستقرار الجيد ونطاق التطبيق الواسع، ولكن في الوقت نفسه، يكون سمك الفيلم الكاره للماء رقيقًا، والخواص الميكانيكية غير كافية، والعيوب مثل الشقوق والتآكل. من السهل أن تحدث الفقاعات تحت تأثير خارجي. تخترق قطرات الماء والملوثات الفيلم من خلال الشقوق، وتدمر بنيته الداخلية، وتقلل من خاصية الكارهة للماء واستقرار الفيلم. بعض السيلانات العضوية المشاركة في تفاعل الترسيب سامة وسوف تسبب ضررًا لجسم الإنسان والبيئة. بالإضافة إلى ذلك، فإن درجة حرارة التفاعل التي تتطلبها هذه الطريقة مرتفعة، وما يترتب على ذلك من ارتفاع استهلاك الطاقة والتكلفة العالية يحد من تطبيقها في الإنتاج الصناعي الفعلي.
