環(huán)境污染對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民身體健康都具有重大影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因環(huán)境污染造成的經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民生產(chǎn)總值的8％～15％，人民付出的健康代價(jià)更是無法估算。僅在北京，70％～80％的癌癥病因與環(huán)境有關(guān)，尤其是肺癌，已經(jīng)成為居民的第一大死因。隨著科技的發(fā)展，有效治理與抑制日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染，治理廢水、廢氣、噪聲更多地依賴高技術(shù)材料。

多孔陶瓷及改性濾料就是這樣一種材料。

什么是多孔陶瓷

多孔陶瓷是一種含有氣孔的固體材料，作為新型功能材料，它結(jié)合了多孔材料的高比表面積和陶瓷材料的理化穩(wěn)定性，具有一定尺寸和數(shù)量的孔隙結(jié)構(gòu)。多孔陶瓷材料的發(fā)展始于19世紀(jì)70年代，初期僅作為細(xì)菌過濾材料使用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們控制其孔徑、孔的形狀、孔隙率、孔徑分布、容重的能力不斷提高，因而多孔陶瓷日益成為一種重要的環(huán)境材料，在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。

多孔陶瓷一般可根據(jù)其孔穴排列方式、孔的大小、材質(zhì)來分類。根據(jù)孔穴排列方式可分為蜂窩陶瓷材料和泡沫材料，而后者還可進(jìn)一步分為開孔(或網(wǎng)狀)及閉孔陶瓷材料：據(jù)孔的大小可分為微孔材料(孔隙直徑小于2納米)、介孔材料(孔隙直徑介于2～50納米)、宏孔材料(孔隙直徑大于50納米)；根據(jù)材質(zhì)可分為高硅質(zhì)硅酸鹽材料、鋁硅酸鹽材料、精陶質(zhì)材料、硅藻土質(zhì)材料、剛玉和金剛砂材料、堇青石材料、采用工業(yè)廢料的材料。

多孔陶瓷有何特點(diǎn)

多孔陶瓷濾料化學(xué)穩(wěn)定好，選擇適宜的材質(zhì)和工藝，可制成耐酸、耐堿的多孔制品，并且不會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而造成二次污染；孔隙率高，可達(dá)20％～95％，且孔徑分布均勻和大小可控，滲透率高；強(qiáng)度高，剛性大，在沖擊壓力作用下不引起外形變化和孔徑變形；熱穩(wěn)定性好，不會(huì)產(chǎn)生熱變形、軟化、氧化現(xiàn)象等，工作溫度可高達(dá)1000℃；自身潔凈狀態(tài)好，無毒無味、無異物脫落，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；體積密度小，具有發(fā)達(dá)的比表面積及其獨(dú)特的表面特性，能吸附濾除大量微小的懸浮物，對(duì)液體和氣體介質(zhì)有選擇透過性；再生性強(qiáng)，通過用液體或氣體反沖洗，可基本恢復(fù)原有過濾能力，從而具有較長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)抗菌性能好，不易被細(xì)菌降解。

這些優(yōu)良的性質(zhì)確保了多孔陶瓷在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。一般在保證機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，盡可能要求較高的孔隙率、較大的比表面積、較窄且均勻的孔徑。

多孔陶瓷在污染治理中的應(yīng)用

由于多孔陶瓷具有許多優(yōu)良特性，因而成為一種很有發(fā)展前途的生態(tài)環(huán)境材料，并在環(huán)境治理中得到了廣泛應(yīng)用。

多孔陶瓷具有特殊的結(jié)構(gòu)，當(dāng)濾液通過時(shí)，其中的懸浮物、膠體物和微生物等污染物質(zhì)被阻截在過濾介質(zhì)表面或內(nèi)部，同時(shí)附著在污染物上的病毒等也一起被截留。這一過程是吸附、表面過濾和深層過濾相結(jié)合的過程，且以深層過濾為主。由于孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，因而多孔陶瓷的比表面積較大，能夠吸附水中微小的懸浮物，主要以物理吸附為主。表面過濾主要發(fā)生在過濾介質(zhì)的表面，多孔陶瓷起一種篩濾的作用，大于微孔孔徑的顆粒被截留，被截留的顆粒在過濾介質(zhì)表面產(chǎn)生架橋現(xiàn)象，形成了一層濾膜，這層濾膜也能起到重要的過濾作用，可防止雜質(zhì)進(jìn)入過濾層內(nèi)部將微孔很快堵塞。深層過濾發(fā)生在多孔陶瓷內(nèi)部，由于多孔陶瓷孔道的迂回，加上流體介質(zhì)在顆粒表面形成的拱橋效應(yīng)，慣性沖撞如布朗運(yùn)動(dòng)的影響，因此其過濾精度比本身孔徑小得多，對(duì)液體介質(zhì)約為多孔陶瓷孔徑的1/5～1/10，對(duì)氣體介質(zhì)約為孔徑的1/10～1/20。

目前，多孔陶瓷在廢水、廢氣治理中得到了廣泛應(yīng)用。如處理鍋爐濕法除塵廢水、重金屬?gòu)U水，處理高溫含塵氣體除塵。

噪聲是除水污染、大氣污染、固體廢物污染之外的第四大公害，給人們的日常生活帶來了極大的影響。多孔陶瓷具有相互貫通的孔穴且與外界連通，又具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，因此可作為一種優(yōu)良的吸聲材料。吸聲機(jī)理是當(dāng)聲波進(jìn)入孔穴時(shí)，可引起孔穴中的空氣來回運(yùn)動(dòng)，由于空氣的粘滯性會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的粘滯阻力，從而將聲能轉(zhuǎn)化為熱能。另外，由于孔穴內(nèi)的空氣與多孔陶瓷的骨架不斷發(fā)生熱交換也將聲能轉(zhuǎn)化為熱能。作為隔音降噪材料，多孔陶瓷可用于高層建筑、地鐵、隧道等防火要求極高的場(chǎng)合，以及電視發(fā)射中心、電影院等有較高隔音要求的地方。

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和生活中排放的廢熱所造成的環(huán)境污染被稱為熱污染，目前人們還未充分認(rèn)識(shí)到它的危害，常常對(duì)其熟視無睹。控制熱污染的措施之一是防止熱量的散失，而多孔陶瓷由于熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率低、氣體吸收小、比熱容低等特性，使其成為傳統(tǒng)的保溫隔熱材料。若將其內(nèi)部抽成真空，那么多孔陶瓷將成為目前世界上最好的隔熱材料——“超能隔熱材料”。因而能很好地防止熱量的損失而引發(fā)熱污染。

未來應(yīng)用領(lǐng)域

目前，水資源緊缺及污染嚴(yán)重是人類發(fā)展面臨的嚴(yán)峻問題，我國(guó)的水資源人均占有量在全世界排在倒數(shù)幾位，水環(huán)境惡化日甚一日，不少河流受到污染。水資源的嚴(yán)重現(xiàn)實(shí)使各國(guó)加快了對(duì)再生水處理技術(shù)的研發(fā)。多孔陶瓷在此領(lǐng)域的應(yīng)用正逐漸為人們所關(guān)注。

飲用水的處理

過濾是自來水廠必不可少的一個(gè)操作單元，常用濾料是石英砂，但它具有孔隙率低、易板結(jié)等缺點(diǎn)，筆者參與了在湖北省孝感自來水公司進(jìn)行的陶瓷濾料代替石英砂實(shí)驗(yàn)。兩年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：新型陶瓷濾料是一種可調(diào)節(jié)粒徑和比重的高強(qiáng)度濾料，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)過濾周期、出水濁度0.3NTU以下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)(而石英砂過濾周期一般為24～48小時(shí)、出水濁度0.4～1.5NTu)：在濾層厚度相同時(shí)，陶瓷濾料的去污效率高達(dá)85％以上，遠(yuǎn)大于石英砂的去除效率：從水廠反沖時(shí)間看，陶瓷濾料反沖所需時(shí)間要比石英砂濾料反沖時(shí)間短，可節(jié)省沖洗水量和動(dòng)力消耗，每年可以節(jié)省日常運(yùn)行費(fèi)用41％。

工業(yè)廢水的處理

對(duì)山東魯梅絲業(yè)公司生產(chǎn)廢水進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)性處理結(jié)果顯示：新型陶瓷濾料延長(zhǎng)了過濾周期2.5倍，節(jié)省了反沖洗耗水、耗電約60％，同時(shí)回用水量增加了120千克／天；延長(zhǎng)了后續(xù)活性炭的吸附周期，因而節(jié)省了活性炭費(fèi)用。

油田采出水的處理

原油從地下采出經(jīng)三相分離器分離后產(chǎn)生的廢水稱之為油田采出水，目前常用來回注。此種廢水的主要污染物是油類與懸浮物(SS)，若不加處理回注可起鉆井及管道堵塞，若外排則油膜浮于水面上阻礙水體的復(fù)氧過程而降低其自凈能力。我們用此陶瓷濾料改性處理此類廢水可使油的去除率達(dá)90％以上，SS的去除率達(dá)96％，出水能滿足SY/T5329—94標(biāo)準(zhǔn)中的A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即含油量≤5.0毫克／升，懸浮物≤1.0毫克／升。

微污染水的處理

微污染水是針對(duì)有機(jī)污染提出的一個(gè)概念。微污染水中天然有機(jī)物(主要是腐殖酸)是三鹵甲烷(THPs)的前驅(qū)物質(zhì)，此前驅(qū)物質(zhì)經(jīng)加氯消毒后會(huì)生成具有“三畸”作用的各種THPs，嚴(yán)重危害人體健康。專家正在研究將二氧化鈦固定于多孔陶瓷濾球上，利用紫外光照射使二氧化鈦產(chǎn)生具有氧化還原作用的光生電子一空穴對(duì)，從而將有機(jī)物礦化成二氧化碳與水。

責(zé)任編輯 趙 菲