微孔过滤陶瓷在工业环保领域中的应用及发展前景
时间：2021-01-06 20:03:32 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：微孔过滤陶瓷材料是一种功能型结构陶瓷，具有吸附性、透气性、耐腐蚀性、环境相容性、生物相容性等特点，目前已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域得到了广泛应用。本文着重介绍了微孔过滤陶瓷的结构性能、发展现状、应用范围和发展前景。
关键词：微孔过滤陶瓷；结构性能；应用；发展前景
1 前言
微孔陶瓷是指在陶瓷内部或表面含有大量开口或闭口微小气孔的陶瓷体，其孔径一般为微米级或亚微米级。它是一种功能型的结构陶瓷。微孔陶瓷具有吸附性、透气性、耐腐蚀性、环境相容性、生物相容性等特点，被广泛应用于各种液体、气体的过滤，以及固定生物酶载体和生物适应性载体，尤其是在环境工程上得到了大量的应用，如工业用水、生活用水的处理、污水的净化等方面。随着科技和工业化生产的发展，能源、资源、三废治理等问题更加受到重视。尤其是生物化工、精细化工、能源材料等高技术领域的迅速发展，对液、固分离技术的研究和开发提出了更高的要求。高分离精度、高运行效率的微孔过滤技术及微孔过滤材料愈来愈引起人们的重视。
2 微孔陶瓷材料引领过滤技术发展
微孔陶瓷材料由于具有孔隙率高、透气阻力小、可控孔径、清洗再生方便以及耐高温、高压、耐化学介质腐蚀等特点，因此在许多领域得到广泛应用。以微孔陶瓷材料做过滤介质的陶瓷微过滤技术及陶瓷过滤装置，由于其不仅解决了高温、高压、强酸碱和化学溶剂介质等过滤难问题，而且由于本身具有过滤精度高、洁净状态好以及容易清洗、使用寿命长等特点，目前已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域得到广泛应用。尤其是高温烟气处理中分离二氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫、氮气等气体必须使用过滤陶瓷。
国外多孔陶瓷材料研究开发和应用已有80余年历史，陶瓷膜产品的研制开发和应用也有近30年历史，其产品的技术和产业化、商业化程度已达到较高的水平。20世纪50年代，法国、美国等先后开发了SiC、莫来石、ZrO2、陶瓷纤维等气液过滤，微生物处理用微孔陶瓷过滤元件，主要用于化工、食品、饮料及水处理行业。20世纪70年代，日本等国家在高温气体净化、烟气除尘用多孔陶瓷过滤材料研究方面取得了较大进展，如日本旭硝子公司等生产的高温陶瓷过滤器在化铁炉等高温烟气除尘方面进行了大量推广应用。从20世纪80年代开始，国外在陶瓷膜的研究及高温陶瓷热气体净化技术方面的研究又取得较大的突破。目前，国外已有专业的多孔陶瓷材料及陶瓷膜材料生产厂家300余家，如：日本NGK和TDK、法国的CERVER、美国的Corning、乌克兰的Fairey工业陶瓷公司、芬兰奥托昆明克公司等，其中，美国过滤器公司已成为目前全球最大的无机陶瓷分离膜及设备供应商，芬兰奥托昆明克公司生产的陶瓷真空圆盘过滤机目前已在100多个国家中使用。美国Anguil环境系统公司生产的自洁式高温陶瓷过滤器采用了陶瓷过滤和催化净化技术，目前已有1600余套高温气体过滤装置在各个领域应用。
相比之下，国内在多孔陶瓷材料产业发展方面与国外先进国家相比存在明显不足，其中一方面是国内多孔陶瓷材料的发展技术不平衡；二是国内绝大多数人对多孔陶瓷材料缺乏必要的了解。
近年来，在国家科技攻关政策的扶持下，尤其是在国家环保、节能政策的引导下，国内多孔陶瓷材料及膜材料技术有了较快的发展，产业化及市场化规模逐渐扩大，已在陶瓷微滤材料、高温陶瓷过滤材料及膜材料方面逐渐形成了自己的技术优势，并且在产品市场推广和产业化方面有了一定规模。在陶瓷膜材料制备技术方面也在一定程度上达到国外先进水平。多孔陶瓷材料由于受产品制造水平及应用技术的限制，目前在国内过滤分离领域所占的市场份额较小，产品的产业化水平普遍较低。但可以预言，随着国内化工形式好转，能源和环保产业政策的扶持以及国外同行业技术的不断发展和应用市场的不断扩大，多孔陶瓷材料产业在国内将会迎来更好的发展前景。
3 微孔过滤陶瓷材料的产品结构及性能特点
微孔陶瓷过滤介质的孔隙结构属蜂窝型结构，液流在内部流动属三维流动，在同样厚度，同样堵塞条件下阻力增加较慢；而滤布的孔隙结构属平行管束型，内部属一维流动，阻力增加较快。微孔介质重量轻，机械强度较强，再加工性能好（车、刨、锯、焊等），不易损坏，安装、检修与维护方便，这是烧结陶瓷与烧结金属等介质不能比拟的。陶瓷过滤材料的主要产品包括各种规格的微孔陶瓷过滤元件和微孔陶瓷过滤器、高性能陶瓷膜过滤元件及陶瓷膜过滤装置、高温气体净化除尘用高温陶瓷过滤材料及高温陶瓷除尘器、高温熔体过滤用泡沫陶瓷过滤元件以及陶瓷净水器、陶瓷曝气器、陶瓷消声器、各种陶瓷电解隔膜等。本文主要介绍微孔过滤器、微孔陶瓷过滤管和陶瓷滤芯。
微孔过滤器内机械部件少，结构也较简单，一般为直立安装，占地面积少，长期接触化学物料与粘细物料后也不易损坏。微孔PE或PA为基础的精密微孔过滤器不仅可适用含固量极少的澄清过滤，也适用于含固量多，能形成滤渣层的“滤渣过滤”，过滤精度高，耐化学腐蚀性能优越。滤渣剥离较完全，排渣迅速，再生效果好，与其他过滤技术相比，方法简单是本技术最显著的优点。
微孔陶瓷过滤管由无数均匀的微孔组成，当流体从这些微小孔洞通过时，悬浮物质，胶体颗粒，大分子有机物被截留在过滤介质表面，达到机械筛滤净化或扩散、流态化等功效。微孔陶瓷过滤管具有耐腐蚀、耐高温、机械强度高、无有害物溶出，不会产生二次污染，在流体压力作用下，微孔不变形，易清洗再生，使用寿命长等特点，可替代棉布、丝织物、塑料、金属网、石棉絮等滤料。沉淀+微孔陶瓷过滤新工艺，设计新颖，建设简易，经济实用，采用此工艺处理的150余家中小型电厂锅炉和工业锅炉，生活锅炉除尘冲渣废水、悬浮物去除率达到91%～97%以上，COD去除率达到89%～95%以上，出口悬浮物浓度一般在10～50 mg范围之内，水质清澈透明，全部达到一级排放标准，实现了闭路循环利用和零排放。
