Ve srovnání s komunálními odpadními vodami, které primárně obsahují běžné znečišťující látky, jako jsou organické látky, dusík a fosfor, mají průmyslové odpadní vody často složité složení kontaminantů a jsou často doprovázeny extrémními podmínkami, jako jsou vysoké teploty, silné kyseliny a silné zásady. V těchto drsných podmínkách mají tradiční organické membrány, jako je polyvinylidenfluorid (PVDF) a polyethersulfon (PES), tendenci bojovat-, jsou náchylné ke stárnutí, deformaci, chemické degradaci, ucpávání pórů a dokonce k poškození způsobenému bobtnáním-, což vede k výrazně zkrácené životnosti. Naproti tomu anorganické keramické membrány, typicky vyrobené z oxidu hlinitého (-Al₂O₃), nabízejí neodmyslitelné výhody včetně vysoké teplotní odolnosti, silné odolnosti vůči kyselinám/zásadám, vysoké mechanické pevnosti a odolnosti vůči hydrofobním polutantům. V kombinaci s křížovou-filtrací a technikami zpětného proplachování mohou účinně řešit problémy, které představují znečišťující látky s vysokou-koncentrací. Výsledkem je, že vykazují vynikající separační výkon a provozní stabilitu ve scénářích, jako jsou zaolejované odpadní vody, odpadní vody z výroby papíru a odpadní vody z komplexních průmyslových parků. V tomto článku systematicky přezkoumáváme typické aplikační scénáře keramických membrán z oxidu hlinitého.
Princip filtrace keramických membrán z oxidu hlinitého
Keramické membrány z oxidu hlinitého jsou vyrobeny s použitím vysoce -čistoty -Al₂O₃ (obvykle vyšší nebo rovno 99 % obsahu). Jejich mikrostruktura obecně vykazuje výraznou asymetrii, tvořící "sendvičovou" strukturu sestávající z nosné vrstvy, mezivrstvy a separační vrstvy. Nosná vrstva je slinutá z relativně velkých částic oxidu hlinitého, což zajišťuje vysokou mechanickou pevnost a nese mechanické zatížení. Mezivrstva má velikost pórů, která leží mezi velikostí separační vrstvy a nosné vrstvy, slouží jako spojovací můstek a brání membránové vrstvě proniknout do makroporézního podkladu během výroby. Separační vrstva je typicky silná jen několik až několik desítek mikrometrů s hustou strukturou pórů, která přímo určuje přesnost filtrace.
S podporou této struktury dosahuje keramická membrána účinné separace prostřednictvím filtrace s křížovým tokem-. Když přiváděná kapalina obsahující frakce různých velikostí částic proudí přes povrch separační vrstvy určitou rychlostí, velikost pórů působí jako prosévací mechanismus. Působením transmembránového tlaku prochází rozpouštědlo (např. voda) a některé malé -rozpuštěné molekuly menší než póry separační vrstvy membránou, vstupují do kanálků s velkými póry na straně nosiče a jsou vypouštěny jako „permeát“. Mezitím se na vnějším povrchu membrány zadržují suspendované částice, koloidy, bakterie, makromolekulární organické látky a dokonce i emulgované kapičky oleje větší než póry a tvoří „retentát“. Na tomto principu lze keramické membrány kombinovat také s povrchovou úpravou nebo jinými technologiemi (jako je adsorpce a precipitace) pro selektivní odstranění specifických složek z průmyslových odpadních vod, jako jsou ionty těžkých kovů.