Wenn man auf die Entwicklung der Branche im letzten Jahrhundert zurückblickt, war die Entwicklung keramischer Membranmaterialien nie eine technologische Spielerei, sondern vielmehr ein unvermeidliches Ergebnis sukzessiver Fortschritte. Dieser Artikel zeichnet die gesamte Entwicklungsgeschichte von Keramikmembranen nach und analysiert die zugrunde liegende Logik aus der Erforschung mehrerer Materialien, der Popularisierung von Aluminiumoxid, der Einführung der inländischen Produktion und der Umstellung auf Siliziumkarbid, um so ein Verständnis für die wichtigsten Trends in der anorganischen Membranindustrie zu gewinnen.
I. Ursprünge in der Militärindustrie: Die erste Erkundung, die aus der „Sondertrennung“ hervorging (1940er Jahre)
Die Keramikmembran wurde nicht zur Wasseraufbereitung entwickelt, sondern dient der Isotopentrennung in der Nuklearindustrie. Damals benötigte die Industrie dringend einen Träger, der physikalisch und chemisch stabil war, nicht mit dem Medium reagierte, eine extrem kleine Porengröße und eine stabile Struktur aufwies und lange Zeit unter rauen Bedingungen arbeiten konnte. Die Keramikmembran erfüllte genau diese Anforderung.
Bild:UF₆ (Uranhexafluorid)
Bei den zu diesem Zeitpunkt entwickelten Keramikmembranen handelte es sich lediglich um spezielle Materialien, die in Laboratorien eingesetzt wurden. Ihre Porengrößenkontrolle war grob und ihre Trenngenauigkeit gering, was sie für die industrielle Flüssigwasseraufbereitung völlig ungeeignet machte. Sie legten jedoch den Grundstein für die Kerneigenschaften „Stabilität und Korrosionsbeständigkeit“ in späteren Keramikmembrantechnologien.
II. Die Entstehung von Aluminiumoxid-Keramikmembranen: Lösung des „von 0 auf 1“-Problems in der industriellen Wasseraufbereitung (1960er-1990er Jahre)
Mit der rasanten Entwicklung der globalen Industrie ist die Nachfrage nach Flüssigkeitsklärung und Materialtrennung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Grundstoffchemie explodiert. Herkömmliche Platten- und Rahmenfiltration und Filterpapier sind nicht präzise genug und können leicht verunreinigt werden. Die Industrie benötigt dringend ein wiederverwendbares und waschbares anorganisches Filtermaterial. Um diesen Bedarf zu decken, sind keramische Ultrafiltrationsmembranen entstanden.
Nach einem Vergleich mit verschiedenen anorganischen Materialien hat sich Aluminiumoxid zur optimalen Wahl für zivile Industrieanwendungen entwickelt. Obwohl es nicht das leistungsstärkste anorganische Material ist, bietet es erhebliche Vorteile in der Massenproduktion: reichliche Bauxitreserven, niedrige Materialkosten, ausgereifte Niedertemperatur-Sintertechnologie, hoher Standardisierungsgrad der Endprodukte, ausgewogene physikalisch-chemische Eigenschaften unter normalen Betriebsbedingungen und kontrollierbare Produktions- und Wartungskosten während des gesamten Lebenszyklus. Es handelt sich um ein anorganisches Membranmaterial, das für den weltweiten Einsatz in großem Maßstab geeignet ist.
Aluminiumoxid-Keramikmembranen haben die grundlegenden Anforderungen an „Stabilität und Wiederverwendbarkeit“ in der industriellen Filtration erfolgreich erfüllt und sind die ersten Keramikmembranen, die eine echte industrielle Anwendung erreicht haben.
III. Industrielle Lokalisierung: Inländische Aluminiumoxid-Keramikmembranen erreichen unabhängige Massenproduktion (Anfang des 21. Jahrhunderts)
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts stieg die inländische Nachfrage nach Industriefiltration sprunghaft an. Allerdings wurden Aluminiumoxid-Keramikmembranen vollständig von ausländischen Lieferanten monopolisiert, was zu hohen Kosten und einem verzögerten Kundendienst führte. Daher wurde die heimische Substitution anorganischer Membranen zu einer Notwendigkeit für die Industrie. Inländische Forschungseinrichtungen und Unternehmen arbeiteten zusammen, um eine unabhängige Massenproduktion von im Inland hergestellten Aluminiumoxid-Keramikmembranen zu erreichen. Die inländische Produktion reduzierte die Anwendungskosten erheblich und füllte Lücken in der lokalen Industriekette.
Die Bedeutung der im Inland hergestellten Aluminiumoxidmembran:
l Dies reduziert die Anwendungskosten von Keramikmembranen in konventionellen Wasseraufbereitungsszenarien erheblich und macht anorganische Membranen für mehr Unternehmen erschwinglicher.
l Dies hat die Reife der heimischen Industriekette für Keramikmembranen gefördert und eine technologische Grundlage für die spätere Forschung und Entwicklung hochwertiger Materialien geschaffen.
Bild: Aluminiumoxid-Keramikmembran
Die wesentlichen Leistungsmängel wurden jedoch nicht behoben. Angesichts hoher Salzkonzentrationen, hoher Temperaturen und starker Säure-Base-Kopplungsbedingungen in Branchen wie der neuen Energie- und Salzsee-Chemieindustrie ist es immer noch schwierig, über einen langen Zeitraum stabil zu arbeiten. Der High-End-Markt wird immer noch von speziellen Membranmaterialien aus Übersee besetzt.
IV. Durchbruch bei Siliziumkarbid-Keramikmembranen: Maßgeschneiderte Lösungen für „extreme Arbeitsbedingungen“ (im letzten Jahrzehnt)
Im letzten Jahrzehnt etwa sind die Lithiumbatterie, die Lithiumgewinnung aus Salzseen und die Halbleiterindustrie entstanden, die Abwasser mit fünf extremen Bedingungen erzeugt haben: hoher Salzgehalt, hohe Temperatur, starke Säure und Lauge, hoher Gehalt an organischer Substanz und hoher Feststoffanteil. Aluminiumoxid ist unter normalen Betriebsbedingungen stabil, aber sein Fluss nimmt unter extremen Bedingungen schnell ab, was es für die kontinuierlichen Produktionsanforderungen von Unternehmen mit geringen -Ausfallzeiten ungeeignet macht, was den Mangel an speziellen anorganischen High-End-Membranen verdeutlicht.
Basierend auf den strengen Anforderungen von High-End-Betriebsbedingungen und durch branchenweite Durchbrüche in der Hochtemperatur-Sintertechnologie wurden Siliziumkarbid-Keramikmembranen entwickelt. Sie verfügen über die Kernvorteile anorganischer Membranen, wie z. B. lange Lebensdauer, hohe Zuverlässigkeit, Fähigkeit, suspendierte organische Stoffe zurückzuhalten und wiederholte Reinigungsfähigkeit. Mit einer überlegenen kristallinen Porenstruktur eignen sie sich für verschiedene extreme und komplexe Wasserqualitäten und beseitigen die Nachteile von Aluminiumoxidmembranen bei den Betriebsbedingungen.
V. Zukünftige Branchentrends: Aufgrund sowohl von Richtlinien als auch von Compliance sind anorganische Keramikmembranen auf dem besten Weg, langfristig zum Mainstream-Trend zu werden.
Herkömmliche Ultrafiltrationsmembranen zeigen keinen signifikanten Unterschied in ihrer Fähigkeit, Schadstoffe zurückzuhalten, und die Auswahl basiert weitgehend auf Kosten und Wartungsgewohnheiten; Der langfristige Trend der Branche wird jedoch sowohl von der nationalen Industriepolitik als auch von der globalen PFAS-Konformität bestimmt.
Nationale Industriepolitik stärkt die Branche:Hochleistungs-Keramikmembranen sind in den nationalen Schlüsselkatalogen für neue Materialien und zum Umweltschutz geförderte Geräte enthalten. Zwei Arten von Keramikmembranen sind in der vorrangigen Beschaffungsliste wichtiger neuer Materialien enthalten; Projekte zur Modernisierung emissionsfreier Keramikmembrantechnologie erhalten Subventionen von bis zu 30 Millionen Yuan pro Projekt; Das Sonderprojekt „14. Fünfjahresplan“ unterstützt weiterhin die Forschung und Entwicklung von Membranmaterialien für den Hausgebrauch. In Verbindung mit der Entwicklung von Dual-Carbon-Technologien, der Wiederverwendung von Wasserressourcen und der Verbesserung des Umweltschutzes haben sich die Auswahlkriterien der Branche von „nutzbar“ zu „langlebig und wartungsarm“ verschoben, mit klaren nationalen Richtlinien: Keramikmembranen werden für komplexe Wasseraufbereitung bevorzugt und die Lokalisierung hochwertiger Membranmaterialien wird gefördert.
PFAS-Konformität:Mit der Umsetzung der PFAS-Vorschriften in Europa und den Vereinigten Staaten werden die nationalen Kontrollen schrittweise verschärft. Bei der kommerziellen Herstellung organischer Membranen werden häufig fluorierte Zusatzstoffe zugesetzt, wodurch während des gesamten Lebenszyklus ein PFAS-Verschmutzungsrisiko besteht. Führende Unternehmen haben schrittweise auf fluorierte organische Filtermaterialien verzichtet.
Anorganische Keramikmembranen werden ohne Fluor hergestellt, sind in ihren Eigenschaften stabil, unterliegen keinen PFAS-Konformitätsrisiken, haben eine 3-5-mal höhere Lebensdauer als organische Membranen und erzeugen weniger festen Abfall. Sie erfüllen die Anforderungen einer umweltfreundlichen Produktion und werden mittel- bis langfristig zur Mainstream-Wahl für die Filtration im mittleren bis oberen Preissegment werden.
Unternehmensvorstellung - JMFILTEC konzentriert sich auf die Forschung und Entwicklung von Siliziumkarbid-Keramikmembranen
Zhejiang Jianmo Technology Co., Ltd. hat sich der Entwicklung der robustesten und langlebigsten Siliziumkarbid-Membranmaterialien verschrieben. Das Gründungsteam begann 2011 mit entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu Siliziumkarbid-Membranmaterialien und hat inzwischen acht Erfindungspatente erhalten, fast 50 Erfindungspatente angemeldet und sechs PCT-Patente angemeldet.
Als nationales High-{0}}Unternehmen und ein „spezialisiertes, raffiniertes und innovatives“ Unternehmen in der Provinz Zhejiang hat JMFILTEC stets an der Entwicklungsphilosophie „kundenorientiert und technologieorientiert“ festgehalten und ist bestrebt, Siliziumkarbid-Membranprodukte der Weltklasse zu entwickeln. Derzeit umfasst die Produktpalette des Unternehmens Röhrenmembranen, Flachmembranen, Säulenmembranen und andere abgeleitete Geräte, die häufig in der Trinkwasseraufbereitung, der Aufbereitung von aufbereitetem Wasser, der Meerwasserentsalzung, der chemischen Prozesstrennung, der Produktion von Salz- und Chloralkalichemikalien, der Grubenwasseraufbereitung, der Halbleiter-Mikroelektronik, der Entfernung von Lebensmittel- und pharmazeutischen Verunreinigungen, der Lithiumgewinnung aus Salzseen, der Kathoden- und Anodenproduktion für neue Energie, dem Recycling von Photovoltaik-Abfallflüssigkeiten und Ölschiefergas eingesetzt werden Extraktion, neben vielen anderen Bereichen. Mit seinen Kernvorteilen starker Korrosionsbeständigkeit, hohem Durchsatz, langer Lebensdauer und einfacher Reinigung hat es bei Kunden und auf dem Markt Anerkennung gefunden und ist auf dem internationalen Markt äußerst wettbewerbsfähig.
Sind Ihnen vor Ort schon einmal Situationen begegnet, in denen „organische Membranen der Belastung nicht standgehalten haben und Aluminiumoxidmembranen nicht stabil genug waren“? Welche weiteren Fragen haben Sie zur Anwendung, Wartung und zum Kostenvergleich von Siliziumkarbid-Membranen? Nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf.
Wenn dieses Thema eine positive Resonanz erhält, werden wir es als Ausgangspunkt für die Einführung der Rubrik „Allgemeines Wissen über Membranmaterialien“ nutzen, wobei die nachfolgenden Artikel detaillierte Erklärungen enthalten.