近幾十年來，全球經(jīng)濟(jì)以前所未有的速度發(fā)展了起來，但由于生產(chǎn)方式粗放，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等原因，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度往往會超過資源環(huán)境的承載能力，使其造成的污染在短時間內(nèi)很難消失——比如說排放的污水越多，可利用的水資源就越少。

不過有道是治標(biāo)不如治本，與其去治理已經(jīng)造成的環(huán)境污染，不如先從根源上減少污染的發(fā)生。因此治理水資源污染，首先就得從分離廢水開始，此時是否有好的過濾材料就成為了該流程的關(guān)鍵。

水處理中的多孔氧化鋁陶瓷

總的來說，液體的分離都需要較高的分離技術(shù)。而多孔陶瓷材料由于具有孔隙率高，透氣阻力小，可控孔徑，清洗再生方便以及耐高溫、高壓和較強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕等性能，很適合用于水處理等場所的過濾工作，如大規(guī)模的自來水提純就可以使用多孔陶瓷，其過濾的效果除了與多孔陶瓷的材料有關(guān)外，還受材料顆粒的大小，外界壓力等因素的影響。

多孔陶瓷中，氧化鋁由于具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性、較高的機(jī)械強(qiáng)度以及廉價易得等優(yōu)點(diǎn)，是制備多孔陶瓷最常用的材料之一。以其為原料制備而成的氧化鋁多孔陶瓷材料，不僅具有較好的機(jī)械強(qiáng)度、高的比表面積、復(fù)雜的孔道分布結(jié)構(gòu)，而且氣孔尺寸可控，其應(yīng)用也因此遍布于能源、環(huán)保、化工、食品、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。

多孔氧化鋁陶瓷管

多孔氧化鋁陶瓷的制備

已知“孔隙結(jié)構(gòu)”是影響多孔氧化鋁陶瓷材料應(yīng)用的主要因素之一，而孔隙結(jié)構(gòu)的形成主要取決于制備工藝與技術(shù)，其中以成型方法最為關(guān)鍵。因此下面便來了解一下都有哪些工藝可供選擇。

1、擠出成型工藝

將制備好的泥條通過一種預(yù)先設(shè)計好的具有蜂窩網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的模具擠出成型，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)處理后就可以得到典型的多孔陶瓷材料，即蜂窩陶瓷。其基本工藝流程為∶配料→球磨 →陳腐 →成型 →干燥→燒結(jié)，該工藝的優(yōu)點(diǎn)為可以根據(jù)實(shí)際需要對多孔陶瓷體的孔形狀以及孔徑大小進(jìn)行精確設(shè)計，其缺點(diǎn)是不能制備復(fù)雜孔道結(jié)構(gòu)以及小尺寸孔洞的多孔材料，同時對從模具中擠出的坯料的塑性有較高要求。

擠壓成型示意圖

2、顆粒堆積成孔工藝

依靠粗顆粒之間的堆積及利用顆粒結(jié)合部形成的微孔結(jié)構(gòu)。粗的顆粒靠細(xì)粒熔化粘合，也可以加入易熔的粘結(jié)劑使粗顆粒與細(xì)顆粒結(jié)合。這種工藝可通過調(diào)整顆粒級配從而對孔洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，制品的孔隙率一般為 20%~30%左右，若在坯料中加入碳粉、木屑、石墨、淀粉、塑料等造孔劑，高溫下使其揮發(fā)或燃盡可將整體孔隙率提高至 75%左右。

3、添加造孔劑工藝

添加造孔劑工藝是通過在陶瓷坯料中添加占據(jù)一定空間的造孔劑，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后，造孔劑離開陶瓷基體留下孔洞而形成多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷。該工藝可通過改變造孔劑的種類、造孔劑顆粒的形狀、粒徑以及制備工藝來精確設(shè)計制品的孔洞大小、孔道結(jié)構(gòu)及分布情況，但其缺點(diǎn)是難以獲得高氣孔率制品。

4、溶膠凝膠法

溶膠-凝膠法（sol-gel）是指用含高化學(xué)活性組分的化合物作為前驅(qū)體，在液相下將這些原料充分混合均勻，然后使其進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后會在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠，溶膠體經(jīng)過緩慢聚合，形成三維空間結(jié)構(gòu)的凝膠體。凝膠形成后，經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化處理，制備出分子甚至納米結(jié)構(gòu)的材料。再根據(jù)所需獲得的多孔陶瓷材料的性能需求，將前軀體進(jìn)行水解、溶膠、凝膠、老化和干燥，最終通過熱處理工藝使材料成型。

5、冷凍-干燥法

冷凍-干燥法是在控制冰生長方向的同時完成水基陶瓷漿料的凍結(jié)，然后在低壓下干燥使冰升華而得到多孔陶瓷材料的一項(xiàng)新技術(shù)。該法具有收縮率小、燒結(jié)過程容易控制、孔密度范圍大、較高的機(jī)械強(qiáng)度和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

典型的以水為溶劑通過冷凍干燥法獲得的多孔氧化鋁 SEM 照片

5、凝膠注模工藝

凝膠注模技術(shù)是一種新開發(fā)出的多孔陶瓷材料成型技術(shù)，這種新的成型技術(shù)采用的是非多孔結(jié)構(gòu)模具，將配好的漿料注入模具后，利用漿料內(nèi)部或少量添加劑的原位化學(xué)反應(yīng)作用使陶瓷漿料原位凝固形成坯體，獲得具有良好微觀均勻性和較高密度的坯體，從而顯著提高制品的機(jī)械強(qiáng)度和力學(xué)性能。凝膠注模工藝的主要特點(diǎn)有： ①漿料中固體含量高，制品顯微結(jié)構(gòu)均勻；②凝固時間可調(diào)，材料力學(xué)性能好；③工藝簡單、成本低，適合大批量生產(chǎn)。

總結(jié)

目前，在處理水方面，許多國外企業(yè)都已經(jīng)開始利用多孔陶瓷過濾器凈化水，如2019年時建成的新加坡蔡厝港（Choa Chu Kang）自來水廠的陶瓷膜海水淡化處理系統(tǒng)。

而以氧化鋁為原料制備的多孔氧化鋁陶瓷有著較好的機(jī)械強(qiáng)度，重量輕，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，用作過濾污水的過濾器時，利用其特殊的表面物理性及化學(xué)吸附性可以有效去除水中的微米顆粒及雜質(zhì)，除污能力強(qiáng)，起到很好的凈化效果，且其清洗也比較方便，可以重復(fù)利用。因此也確實(shí)稱得上一句“前景可觀”。

資料來源：

水過濾用多孔氧化鋁陶瓷的研究，鄭榮榮。

Al₂O₃多孔陶瓷的制備工藝及其DBD特性研究，倪衛(wèi)潔。

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