微孔過濾陶瓷將成為工業(yè)環(huán)保過濾材料市場的新貴

肖九梅

(湖北武漢市江城化工材料公司，武漢 430055)

微孔陶瓷是指在陶瓷內(nèi)部或表面含有大量開口或閉口微小氣孔的陶瓷體，其孔徑一般為微米級(jí)或亞微米級(jí)。它是一種功能型的結(jié)構(gòu)陶瓷。微孔陶瓷具有吸附性、透氣性、耐腐蝕性、環(huán)境相容性、生物相容性等，廣泛應(yīng)用于各種液體的過濾、氣體的過濾及固定生物酶載體和生物適應(yīng)性載體，尤其是在環(huán)境工程上得到了大量的應(yīng)用，如工業(yè)用水、生活用水的處理、污水的凈化等方面。隨著科技和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，能源、資源、三廢治理等問題更加受到重視。尤其是生物化工、精細(xì)化工、能源材料等高技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)液、固分離技術(shù)的研究和開發(fā)提出更高的要求，高分離精度、高運(yùn)行效率的微孔過濾技術(shù)及微孔過濾材料愈來愈引起人們的重視。

1微孔陶瓷材料引領(lǐng)過濾技術(shù)發(fā)展

微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、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕等特點(diǎn),在許多領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用市場。以微孔陶瓷材料做過濾介質(zhì)的陶瓷微過濾技術(shù)及陶瓷過濾裝置由于其不僅解決了高溫、高壓、強(qiáng)酸堿和化學(xué)溶劑介質(zhì)等難過濾問題,而且由于本身具有過濾精度高、潔凈狀態(tài)好以及容易清洗、使用壽命長等特點(diǎn),目前已在石油、化工、制藥、食品、環(huán)保和水處理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。過濾陶瓷壽命長,具有良好的耐熱、耐蝕性,可用于生活污水、工業(yè)廢水及廢氣處理中的過濾分離過程,尤其是高溫?zé)煔馓幚碇蟹蛛x二氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫、氮?dú)獾葰怏w必須使用過濾陶瓷。

國外多孔陶瓷材料研究開發(fā)和應(yīng)用已有80余年歷史,陶瓷膜產(chǎn)品研制、開發(fā)、應(yīng)用也有近30年歷史,其產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化程度已達(dá)到較高的水平,產(chǎn)品的技術(shù)水平也有了很大提高。20世紀(jì)50年代,法國、美國等先后開發(fā)了各種SiC，莫來石，ZrO2，陶瓷纖維等氣，液過濾，微生物處理用微孔陶瓷過濾元件,主要用于化工、食品、飲料及水處理行業(yè)。20世紀(jì)70年代日本等國家在高溫氣體凈化、煙氣除塵用多孔陶瓷過濾材料研究方面取得了較大進(jìn)展,如日本旭硝子公司等生產(chǎn)的高溫陶瓷過濾器在化鐵爐等高溫?zé)煔獬龎m方面大量推廣應(yīng)用。從20世紀(jì)80年代開始,國外在陶瓷膜的研究及開發(fā)應(yīng)用、高溫陶瓷熱氣體凈化技術(shù)方面研究又取得較大的突破。目前國外已有專業(yè)的多孔陶瓷材料及陶瓷膜材料生產(chǎn)廠家300余家,如日本NGK和TDK、法國的CERVER、美國的Corning、烏克蘭的Fairey工業(yè)陶瓷公司、芬蘭奧托昆明克公司等。其中美國過濾器公司已成為目前全球最大的無機(jī)陶瓷分離膜及設(shè)備供應(yīng)商,芬蘭奧托昆明克公司生產(chǎn)的陶瓷真空?qǐng)A盤過濾機(jī)目前已在100多個(gè)國家使用。美國Anguil環(huán)境系統(tǒng)公司生產(chǎn)的自潔式高溫陶瓷過濾器采用了陶瓷過濾和催化凈化技術(shù),目前已有1600余套高溫氣體過濾裝置在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。 相比之下,國內(nèi)在多孔陶瓷材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面與國外先進(jìn)國家相比存在明顯不足,其中一方面是國內(nèi)多孔陶瓷材料的發(fā)展技術(shù)不平衡,二是國內(nèi)絕大多數(shù)對(duì)多孔陶瓷材料缺乏必要的了解。

微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、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕等特點(diǎn),在許多領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用市場。以微孔陶瓷材料做過濾介質(zhì)的陶瓷微過濾技術(shù)及陶瓷過濾裝置由于其不僅解決了高溫、高壓、強(qiáng)酸堿和化學(xué)溶劑介質(zhì)等難過濾問題,而且由于本身具有過濾精度高、潔凈狀態(tài)好以及容易清洗、使用壽命長等特點(diǎn),目前已在石油、化工、制藥、食品、環(huán)保和水處理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年來,在國家科技攻關(guān)政策的扶持下,尤其是在國家環(huán)保、節(jié)能政策的引導(dǎo)下,國內(nèi)多孔陶瓷材料及膜材料技術(shù)有了較快的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)化及市場化規(guī)模逐漸擴(kuò)大。近幾年在國家?guī)醉?xiàng)重大科研項(xiàng)目支持下,已在陶瓷微濾材料、高溫陶瓷過濾材料及膜材料方面逐漸形成了自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì),并且在產(chǎn)品市場推廣和產(chǎn)業(yè)化方面有了一定規(guī)模。在陶瓷膜材料制備技術(shù)方面也在一定程度上達(dá)到國外先進(jìn)水平。隨著科技和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展,能源、資源、三廢治理等問題更加受到重視。尤其是生物化工、精細(xì)化工、能源材料等高技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展,對(duì)液、固分離技術(shù)的研究和開發(fā)提出更高的要求,高分離精度、高運(yùn)行效率的微孔過濾技術(shù)及微孔過濾材料愈來愈引起人們的重視。

據(jù)報(bào)道，進(jìn)入新世紀(jì)以來,中材高新先后承擔(dān)了科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目、科研院所社會(huì)公益基金項(xiàng)目、科技部技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目及國家863計(jì)劃等重大科研項(xiàng)目的研究工作。目前,在微孔陶瓷材料的制備工藝及性能檢測、陶瓷過濾器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用、陶瓷微濾膜及高溫氣體凈化用陶瓷過濾材料及過濾裝置的研制及開發(fā)方面具國內(nèi)領(lǐng)先地位。多孔陶瓷材料由于受產(chǎn)品制造水平及應(yīng)用技術(shù)的限制,目前在國內(nèi)過濾分離領(lǐng)域所占的市場份額較小,產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化水平普遍較低。但可以預(yù)言,隨著國內(nèi)化工形式好轉(zhuǎn)、能源和環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的扶持以及國外同行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用市場的不斷擴(kuò)大,多孔陶瓷材料產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)將會(huì)迎來更好的發(fā)展前景。

2微孔過濾陶瓷材料的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

不是所有的濾芯都叫陶瓷，近年來，社會(huì)上上充斥著大量的各著劣質(zhì)凈水器，其表現(xiàn)為用低廉的價(jià)格吸引消費(fèi)者，用低劣品質(zhì)的普通砂芯冒充真正的陶瓷濾芯欺騙不懂真假的顧客。砂芯與真正的陶瓷濾芯相比，由于技術(shù)與材料的缺陷，過濾孔徑大小很難精確控制，孔徑大小也千差萬別：有的濾芯內(nèi)部密實(shí)，缺乏大量的微細(xì)孔以通水，表現(xiàn)在出水量非常微弱；真正的陶瓷濾芯由于內(nèi)部微細(xì)孔發(fā)達(dá)，出水量往往能達(dá)到3～5L/min。

砂芯往往技術(shù)不過關(guān)，有的過濾孔徑太大，連最起碼的粗過濾要求都達(dá)不到。觀察其表面凹凸不平，能見明顯的粗顆粒物質(zhì)，直接表現(xiàn)是接上自來水后，出水量幾乎與未加濾芯的自來水相同；而且縱然在自來水管路中浸泡數(shù)月，在其表面幾乎看不到一點(diǎn)臟色，更不用說過濾下來的泥砂鐵銹細(xì)菌的堆積物了，這樣與濾芯幾乎等同于聾子的耳朵——擺設(shè)。

砂芯燒結(jié)所用的材料不是真正的硅藻土，而是細(xì)微堅(jiān)硬的砂石，與真正的陶瓷濾芯相比無法進(jìn)行正常的清洗。真正的陶瓷濾芯由于采用硅藻土燒結(jié)，質(zhì)地松脆酥散，軟硬適中，臟后只需用砂布輕輕打磨就能把表層的硅藻土連同表面的臟物質(zhì)一起打磨掉，如同新的一樣；而砂芯由于質(zhì)地堅(jiān)硬，無法用砂紙進(jìn)行徹底打磨去污，這樣表面積累的泥砂鐵銹細(xì)菌等臟物質(zhì)會(huì)不斷被高壓自來水強(qiáng)烈擠壓滲透進(jìn)濾芯內(nèi)部，其突出表現(xiàn)為：初期使用時(shí)出水量較為正常，使用一斷時(shí)間后出水量慢慢的越來越小，清洗打磨次數(shù)越來越頻繁，最后即便天天清洗打磨出水量也小得可憐，甚至不出水。

微孔陶瓷過濾管由許多均勻的無數(shù)微孔組成,當(dāng)流體從這些微小孔洞通過時(shí)懸浮物質(zhì)，膠體顆粒，大分子有機(jī)物被截留在過濾介質(zhì)表面，流體經(jīng)過微孔通道產(chǎn)生各種物理效應(yīng)，達(dá)到機(jī)械篩濾凈化或擴(kuò)散、流態(tài)化等功效。微孔陶瓷過濾管具有耐腐蝕、耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、無有害物溶出，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，在流體壓力作用下，微孔不變形，易清洗再生，使用壽命長，可替代棉布、絲織物、塑料、金屬網(wǎng)、石棉絮等濾料，廣泛用于石油、化工、冶金、熱電、水泥、醫(yī)藥、造紙等工業(yè)企業(yè)的環(huán)境保護(hù)“三廢”治理中的固液分離、氣液分離、粉料輸送、油水分離、釀酒業(yè)分離、空氣過濾、循環(huán)水過濾等裝置中，特別適用于鍋爐除塵廢水和沖渣水的過濾。沉淀+微孔陶瓷過濾新工藝，設(shè)計(jì)新穎，建設(shè)簡易，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，采用此工藝處理的150余家中小型電廠鍋爐和工業(yè)鍋爐，生活鍋爐除塵沖渣廢水、懸浮物去除率達(dá)到91%～97%以上，COD去除率達(dá)到89%～95%以上，出口懸浮物濃度一般在10～50mg左右，水質(zhì)清澈透明，全部達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)利用和零排放。

微孔陶瓷過濾介質(zhì)具有耐高溫、耐腐蝕、不變形、易清洗再生,機(jī)械強(qiáng)度高,無有害物溶出,不會(huì)產(chǎn)生二次污染,可替代棉布、絲織物、塑料、金屬網(wǎng)等濾料,廣泛用于石化、環(huán)保、冶金、電力、熱電、水泥、醫(yī)藥、造紙等工業(yè)企業(yè)和環(huán)境保護(hù)“三廢”治理中的固液分離、氣固分離、粉料輸送、隔聲吸音、核工業(yè)放射廢料處理等,特別適用于鍋爐除塵廢水中灰渣廢水處理過濾,是一種理想的高效過濾產(chǎn)品。沉淀+微孔陶瓷過濾新工藝，設(shè)計(jì)新穎，建設(shè)簡易，經(jīng)濟(jì)實(shí)用,采用此工藝處理的150余家中小型電廠鍋爐和工業(yè)鍋爐,生活鍋爐除塵沖渣廢水、懸浮物去除率達(dá)到91%～97%以上，COD去除率達(dá)到89%～95%以上,出口懸浮物濃度一般在10～50mg左右,水質(zhì)清澈透明,全部達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)利用和零排放。

陶瓷過濾材料的主要產(chǎn)品包括各種規(guī)格的微孔陶瓷過濾元件和微孔陶瓷過濾器、高性能陶瓷膜過濾元件及陶瓷膜過濾裝置、高溫氣體凈化除塵用高溫陶瓷過濾材料及高溫陶瓷除塵器、高溫融體過濾用泡沫陶瓷過濾元件以及陶瓷凈水器、陶瓷曝氣器、陶瓷消聲器、各種陶瓷電解隔膜等、產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于化工、制藥、冶金、水處理及環(huán)保工業(yè)、微孔陶瓷過濾管具有耐腐蝕、耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、無有害物溶出,不會(huì)產(chǎn)生二次污染,在流體壓力作用下,微孔不變形，易清洗再生，使用壽命長。微孔PE或PA為基礎(chǔ)的精密微孔過濾器的主要特點(diǎn)如下：不僅可適用含固量極少的澄清過濾，也適用于含固量多，能形成濾渣層的“濾渣過濾”,不僅能方便地排出濾渣，而且能很方便排出干渣；這是目前微孔膜與超濾膜技術(shù)無法達(dá)到的。

微孔過濾器一般為靜止,安裝方便?？刹捎?.6MPa的壓縮快速反吹出渣與同樣壓力的氣液混合反吹再生,濾渣剝離較完全,排渣迅速,再生效果好,方法簡單是本技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)，是任何其他過濾技術(shù)(濾布、濾氈、微孔膜、超濾膜、燒結(jié)金屬與燒結(jié)陶瓷)無法達(dá)到的。

過濾精度非常高,一般可實(shí)現(xiàn)0.5μm的微粒一次截濾,濾液認(rèn)非常清,是任何以濾布與濾氈為介質(zhì)的過濾技術(shù)無法達(dá)到的。微孔過濾器一般為低壓過濾，動(dòng)力消耗省。

耐化學(xué)腐蝕性特別優(yōu)越：無論何種酸、堿、鹽；70℃以下各種溶劑都對(duì)微孔過濾介質(zhì)不起作用，介質(zhì)本身無銹，無味，無任何異物溶出或脫落，可適用于醫(yī)藥、食品及任何工業(yè)部門的過濾，而燒結(jié)金屬，燒結(jié)陶瓷等精密過濾介質(zhì)不可能具備這種性能。

微孔過濾介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)屬蜂窩型結(jié)構(gòu)，液流在內(nèi)部流動(dòng)屬三維流動(dòng)，在同樣厚度，同樣堵塞條件下阻力增加較慢；而濾布的孔隙結(jié)構(gòu)屬平行管束型，內(nèi)部屬一維流動(dòng)，阻力增加較快。微孔介質(zhì)重量輕，機(jī)械強(qiáng)度較強(qiáng)，再加工性能好，(車、刨、鋸、焊等)，不易損壞，安裝、檢修與維護(hù)方便；這是燒結(jié)陶瓷與燒結(jié)金屬等介質(zhì)不能比擬的。

微孔過濾器內(nèi)機(jī)械部件少，結(jié)構(gòu)也較簡單，長期接觸化學(xué)物料與粘細(xì)物料后也不易損壞。微孔過濾一般為園筒型，微孔介質(zhì)一般以管型或管板型安裝，機(jī)內(nèi)濾液流動(dòng)通道大，流動(dòng)阻力小，洗滌效率高，這是常用的板框壓濾機(jī)無法達(dá)到。對(duì)于用于濾渣過濾的微孔過濾器,均具有結(jié)構(gòu)較簡單的氣動(dòng)或液動(dòng)快開結(jié)構(gòu),再利用氣體反吹排渣,整個(gè)排渣操作簡單,可用氣液反吹清洗,時(shí)間短,再生與清洗完全，因此輔助時(shí)間很短，這是比任何以濾布為介質(zhì)的板框壓濾機(jī)或葉片式過濾機(jī)等方便很多。微孔過濾器一般為直立安裝，占地面積小。

3微孔過濾陶瓷材料的應(yīng)用范圍及市場領(lǐng)域

微孔陶瓷過濾介質(zhì)(微孔陶瓷過濾磚、過濾板、過濾管、過濾拱)是由骨科(石英、氧化鋁、碳化硅等)摻合一定量的黏合劑，成孔劑、稀土抗蝕劑，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成各種形狀、各種規(guī)格，燒結(jié)成陶瓷后，在其體內(nèi)形成了很多大小分布均勻，并相互連通的橋拱狀開口微孔通道，固被稱為微孔陶瓷。當(dāng)流體從這些微小通道通過時(shí)，原水中的懸浮雜質(zhì)、膠狀顆粒、細(xì)菌、大分子有機(jī)物等被過濾截留，流體在微孔通道的外表面內(nèi)部產(chǎn)生各種物理效應(yīng)，達(dá)到機(jī)械篩濾、凈化或擴(kuò)散、流狀化、吸附截留等功效。

微孔陶瓷過濾管廣泛用于石油、化工、冶金、熱電、水泥、醫(yī)藥、造紙等工業(yè)企業(yè)的環(huán)境保護(hù)“三廢”治理中的固液分離、氣液分離、粉料輸送、油水分離、釀酒業(yè)分離、空氣過濾、循環(huán)水過濾等裝置中，特別適用于鍋爐除塵廢水和沖渣水的過濾。

微孔過濾陶瓷材料在環(huán)保領(lǐng)域用于廢水處理中懸浮物的過濾，化學(xué)混凝后的污泥、絮凝體的過濾、污泥干化脫水；鍋爐濕法除塵廢水中懸浮物的過濾處理(可實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán))；離子交換法、電解法、活性炭吸附法處理廢水的預(yù)處理；含油廢水的油水分離處理；氣浮法與蒸發(fā)濃縮的終端污泥過濾處理；放射性廢物燃(焚)燒排氣過濾，垃圾填埋場做滲濾墊層、多孔集氣。廢水滲入暗溝流入集水池集中處理，可防止二次污染或用于綠地、花壇排潰、排鹽；用于氣體過濾，濾除氣體中的塵埃顆粒物和金屬揮發(fā)物；用于重金屬無機(jī)物的過濾，如鉻、銅、鎳、鋅等廢水的過濾和電解槽母液的過濾處理等。

微孔過濾陶瓷材料在工業(yè)領(lǐng)域，可用于四環(huán)素生產(chǎn)中的晶體過濾；化工雙氧水生產(chǎn)中的水質(zhì)過濾；感光膠片生產(chǎn)中的雜質(zhì)過濾；立德粉生產(chǎn)中的硫化鋅過濾；各種結(jié)晶物的過濾等；可用于天燃?xì)膺^濾；壓縮空氣灰塵過濾；二氧化碳?xì)怏w濾除粉塵；過濾汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料；過濾各種有機(jī)溶液；狀態(tài)物質(zhì)和液體金屬雜質(zhì)，如鉛、錫、水銀、硫磺、石蠟等；石油開采煉制前除去原油中水份；油田回灌水雜質(zhì)過濾；過濾蒸氣、氯氣、氧氣、焦?fàn)t氣、三氧化硫、二氧化碳、甲烷、氫氣、乙炔、二氧化硫中的塵埃、雜質(zhì)；空氣、蒸汽消毒過濾；散氣、布?xì)獬錃?，把氣體分散到液體中，如有色金屬浮選、污水曝氣、污水曝氣、氣浮處理等；各種自來水、工業(yè)用水、海水淡化、純水、超純水制備過濾處理；各種酒、飲料、葡萄糖和鹽水過濾；還可作為催化劑載體等。

微孔陶瓷過濾磚由骨料顆粒、結(jié)合劑、成孔劑和稀土抗蝕劑四部份組成。通過高溫?zé)Y(jié)使其外表面和其內(nèi)部形成相互連通的橋拱狀開口氣孔,當(dāng)流體通過微孔通道時(shí)懸浮物,膠體顆粒,大分子有機(jī)物被截留在產(chǎn)品的表面,流體經(jīng)過微孔通道產(chǎn)生各種物理化學(xué)效應(yīng)，達(dá)到凈化過濾目的。微孔陶瓷微生物過濾器,屬于醫(yī)用和生活用過濾材料領(lǐng)域的涉及用于處理含有細(xì)菌和病毒的氣體或液體的一種微孔陶瓷微生物過濾器。它是以磷酸鈣鹽微孔陶瓷為過濾媒介的；并可以在作為過濾媒介的磷酸鈣鹽微孔陶瓷中復(fù)合抗生劑。微孔陶瓷微生物過濾器以具有亞微米孔隙結(jié)構(gòu)的磷酸鈣鹽微孔陶瓷作為過濾媒介，能夠有效地過濾流體中含有的細(xì)菌和病毒等微生物,復(fù)合抗生劑進(jìn)一步提升產(chǎn)品對(duì)微生物的殺滅和抑制細(xì)菌和病毒效果。

從多孔陶瓷材料及膜材料的性能特性來講，由于其具有良好的耐熱性能和介質(zhì)腐蝕性能，因此可以應(yīng)用于除HF、熱磷酸以外所有介質(zhì)過濾。另外,多孔陶瓷過濾材料高的過濾精度、在線清洗性能以及自潔性能和良好的操作性能，使其在許多領(lǐng)域具有好的推廣應(yīng)用前景。

石油、化學(xué)工業(yè)石油、化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域常涉及到工藝原料氣、工藝原料液凈化問題，其中少量固體必須最大限度除去。由于原料氣、液常涉及高溫、高壓或強(qiáng)腐蝕性，其他分離材料無法應(yīng)用，只能采用陶瓷材料。目前很多廠家都有這種要求，如堿廠濾液過濾、聚晴胺工藝料液凈化，分子篩、催化劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)品回收，鈦白粉生產(chǎn)中偏鈦酸細(xì)微粒子回收，超細(xì)粉體生產(chǎn)過程中產(chǎn)品回收，鹽水及氯化鈣等溶液的過濾等。另外，陶瓷過濾器在國內(nèi)各大煉油廠中航空煤油過濾、催化氣體凈化、石蠟加氫工藝中也得到推廣應(yīng)用。

制藥及食品行業(yè)常涉及活性炭進(jìn)行脫色過濾及催化劑過濾問題。由于這些介質(zhì)過濾通常要求過濾精度比較高，又常涉及到高溫和腐蝕性溶液等，采用傳統(tǒng)的袋式過濾器或離心過濾機(jī)一般很難達(dá)到好的去初效果或根本無法使用。使用微孔陶瓷或陶瓷膜過濾器則可很容易解決這個(gè)問題，它不但可以提高濾液質(zhì)量，而且濾芯清洗再生效果好，可長時(shí)間連續(xù)使用。

無菌空氣及壓縮氣體凈化采用微孔陶瓷過濾器進(jìn)行空氣的無菌處理具有潔凈狀態(tài)好、濾速高、凈化效果好、再生周期長、清洗效果好、可高溫消毒殺菌等特點(diǎn)，在制藥、啤酒行業(yè)發(fā)酵用無菌空氣制備方面具有很好的應(yīng)用前景。因此，采用微孔陶瓷過濾器代替價(jià)格昂貴的金屬過濾器用于食品、釀造及制藥行業(yè)發(fā)酵無菌空氣的制備是完全可行的。另外，陶瓷過濾器用于高壓壓縮氣體的凈化，用于除油、除雜質(zhì)，在國內(nèi)也得到推廣應(yīng)用。其次，陶瓷過濾器在高壓高溫蒸氣凈化方面也有較大的應(yīng)用市場。

4微孔過濾陶瓷材料的典型應(yīng)用實(shí)例

在我國的燃煤鍋爐灰渣系統(tǒng)水力沖渣廢水處理，通常采用脫水倉+濃縮池或撈渣機(jī)+濃縮池的方式進(jìn)行，處理效果不穩(wěn)定且運(yùn)行費(fèi)用較高，難以達(dá)到水的循環(huán)利用或達(dá)標(biāo)排放的要求。微孔陶瓷過濾板在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，采用“沉淀+微孔陶瓷過濾板”處理燃煤鍋爐廢水與上述傳統(tǒng)處理技術(shù)相比較，具有占地面積小、處理效果好、流程簡單、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。目前國內(nèi)已有百多家燃煤鍋爐采用“沉淀+微孔陶瓷過濾板”處理灰渣系統(tǒng)溢流廢水，均能達(dá)到節(jié)能減排的效果。微孔陶瓷過濾板采用氧化鋁、碳化硅、陶瓷顆粒、精制石英等為骨料，加用粘結(jié)劑和成孔劑壓制成型，經(jīng)1050～1350℃高溫?zé)Y(jié)而成。產(chǎn)品由許多大小分布均勻，且相互邊貫的橋拱狀開口微孔組成。當(dāng)流體從微孔通過時(shí)，懸浮物質(zhì)、膠體顆粒、大分子有機(jī)物被截留在微孔陶瓷過濾板的表面。

該產(chǎn)品具有如下主要特性：化學(xué)性能穩(wěn)定，除氫氟酸外，對(duì)其他的腐蝕性液體均有優(yōu)良的耐腐蝕性；耐熱性良好，不會(huì)產(chǎn)生熱變形、軟化、氧化作用，在800～1000℃時(shí)可使用；氣孔分布均勻，可按要求制成5～500μm的微孔孔徑，可達(dá)陶瓷膜分離技術(shù)應(yīng)用水準(zhǔn)。

機(jī)械強(qiáng)度高，在液體壓力作用下形狀不變化，微孔不變形，莫氏硬度可達(dá)7級(jí)，使用壽命長； 無有害物溶出，不產(chǎn)生二次污染，易清洗再生，過濾周期長，過濾效果好等特點(diǎn)。

液-固、氣-固系統(tǒng)的過濾與分離來講，其過濾機(jī)理主要為：表面截留、慣性沖撞和擴(kuò)散；敷膜層過濾。表面截留水中SS雜質(zhì)顆粒由于比微孔孔道大而被捕捉，屬表面過濾。截留只與雜質(zhì)顆粒的大小有關(guān)，而與流速、流體濃度沒有關(guān)系。流經(jīng)微孔陶瓷過濾微孔孔道的流體中的雜質(zhì)顆粒，由于慣性而與微孔孔道壁接觸而被捕捉。慣性沖撞與雜質(zhì)顆粒直徑的平方成正比，與流速及液體深度成反比。當(dāng)流體流經(jīng)微孔陶瓷過濾器時(shí)，大于過濾器微孔孔徑的顆粒被截留在表面形成濾餅層，而這層濾餅相似于預(yù)涂層，這時(shí)過濾器既是過濾層，同時(shí)也相當(dāng)于表面敷膜過濾的支撐層，濾后的水質(zhì)也越來越好。

微孔陶瓷過濾板的微孔孔徑僅設(shè)30～100μm，而廢水中懸浮物粒徑僅有60%～75%大于其孔徑，但微孔陶瓷過濾板卻能有效截留廢水中90%～97%的懸浮物，這是由于鍋爐廢水中的懸浮物是硬性顆粒，實(shí)踐證明，在過濾液體時(shí)，微孔陶瓷過濾板能夠收集直徑為最小孔徑1/10以上的硬性顆粒，即使顆粒小于微孔陶瓷過濾板的最小孔徑，但由于微孔陶瓷過濾板內(nèi)部氣孔是橋拱狀且相互連通，這部分顆粒也完全能夠截留或通過，不易在微孔陶瓷過濾板內(nèi)部形成堵塞現(xiàn)象。而且在過濾初期，僅有微孔陶瓷過濾板是主要過濾介質(zhì)，但隨過濾時(shí)間的延長，堆埋的過濾板表面的灰渣層增厚，形成自濾層或掉入集灰溝內(nèi)，使出水水質(zhì)越來越好。隨著過濾不斷進(jìn)行，自濾層厚度逐漸增加，阻力增大，過濾池液面逐漸上升達(dá)到衡定值。當(dāng)濾池水位超過衡定值，水位逐漸上升超過保護(hù)高時(shí)，說明濾池積灰過多，阻力過大，應(yīng)盡快清灰還原。因此，微孔陶瓷過濾板和灰渣層一起共同組成的過濾層能有效截留廢水中大部分懸浮物。即使過濾池進(jìn)水濃度過高，但是由于微孔陶瓷過濾板的特性和自濾層的共同作用，對(duì)微孔陶瓷過濾板的出水水質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生影響，但是，進(jìn)水濃度過高必然導(dǎo)致過濾池負(fù)荷增大，清灰還原周期也要大大縮短，不利于微孔陶瓷過濾池的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

鍋爐除渣系統(tǒng)中，采用脫水倉或撈渣機(jī)處理渣水，受各種因素影響處理效果很不穩(wěn)定，大多數(shù)時(shí)間達(dá)不到預(yù)期的處理效果，即使再進(jìn)入高效濃縮池進(jìn)行處理，也難以達(dá)到循環(huán)利用的要求，而如果將這部分水排放，從經(jīng)濟(jì)還是社會(huì)效益方面考慮都不合適，因?yàn)檫@部分廢水水量較大，一般電廠單臺(tái)600MW機(jī)組即達(dá)到120～150t/h，如不能循環(huán)使用每年要負(fù)擔(dān)大量的水資源費(fèi)，特別是對(duì)于缺水地區(qū)企業(yè)負(fù)擔(dān)更重：同時(shí)廢水排放勢(shì)必污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境，企業(yè)同時(shí)又要承付排污費(fèi)。因此對(duì)這部分廢水進(jìn)行有效的處理達(dá)到100%的循環(huán)利用是十分必要的。進(jìn)入微孔陶瓷過濾池渣較少，采用渣漿泵清理灰渣或煤泥即可。在設(shè)計(jì)上把過濾池分為兩部分，靠近進(jìn)水端留出2～4m的空間作為集灰坑，其余為過濾部分，在處理含煤廢水時(shí)，因?yàn)榍懊嬗谐恋沓?，如果沉淀池有采用抓斗清灰，此時(shí)可在集灰坑中留出抓斗清灰的空間，當(dāng)過濾池需要清灰還原時(shí)，關(guān)閉濾池進(jìn)出口閥門，用渣漿泵將集灰坑內(nèi)煤泥泵至沉淀池，然后用2kg壓力水槍沖洗濾墻表面積灰沖洗干凈，一并用渣漿泵泵入沉淀池內(nèi)，使濾池恢復(fù)過濾效率如初；渣水過濾池清灰還原時(shí)利用渣漿泵將池內(nèi)灰渣打回到撈渣機(jī)槽或脫水倉，然后清洗濾墻恢復(fù)過濾即可。濾池須反沖洗時(shí)，將清水池水位提到最高位，清水即從濾池清水出口反灌到過濾器內(nèi)，通過水的自然壓力進(jìn)行自然反沖洗，時(shí)間為20～30min即可。

微孔過濾在化工生產(chǎn)當(dāng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，化工生產(chǎn)中固液分離現(xiàn)象多，用傳統(tǒng)的分離技術(shù)效果不好，容易帶入機(jī)械渣滓等，用微孔過濾可以提高產(chǎn)品品質(zhì)，操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度小。 據(jù)報(bào)道，某公司投產(chǎn)了聯(lián)產(chǎn)法 3000t/a 三聚氰胺裝置現(xiàn)生產(chǎn)一切正常，最高班產(chǎn)達(dá) 4.7t 經(jīng)濟(jì)效益顯著。 在三聚氰胺精制工段采用了較先進(jìn)的陶瓷膜過濾技術(shù)這在同類型裝置中還是首次使用。生產(chǎn)實(shí)踐證明使用效果良好優(yōu)于傳統(tǒng)的布過濾技術(shù)。陶瓷膜過濾器外殼為碳鋼內(nèi)芯為不銹鋼框裝配陶瓷膜過濾管。陶瓷膜過濾器工作時(shí)被過濾的三聚氰胺母液從進(jìn)液口進(jìn)入在系統(tǒng)壓力作用下母液通過陶瓷膜過濾管被過濾出來的清液從各收集口流出完成過濾過程。而液體中的微細(xì)懸浮物、雜質(zhì)、油類物則截留在陶瓷膜過濾管外表面，當(dāng)工作到一定周期，陶瓷膜過濾管所截留的微細(xì)懸浮物達(dá)到一定厚度時(shí)，壓力差會(huì)增大，這時(shí)應(yīng)停機(jī)調(diào)換過濾器排凈余液，用溫水或蒸汽冷凝液反沖洗陶瓷膜過濾管，三聚氰胺濾渣從排渣口排出，完成再生過程等待下次繼續(xù)使用。由于物理方法過濾溶液中各種有效成分不會(huì)改變，過濾器截留效果好濾出清液清亮透明。三聚氰胺純度可達(dá)99.9以上濁度、色度可降至20°以下灰分和水分也很低目前產(chǎn)品全部是優(yōu)等品。由于產(chǎn)品質(zhì)量有保證所以價(jià)格優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益可觀。

與傳統(tǒng)的布過濾設(shè)備比,同容積的陶瓷膜過濾器的處理能力是布過濾器的1.5倍,這樣就可大大節(jié)約設(shè)備布局空間,同時(shí)也為今后擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模提供了有利條件。該設(shè)備再生不需蒸汽煮只需用三聚氰胺工段所收集的蒸汽冷凝液分組反沖洗即能有效反沖洗掉陶瓷膜過濾管上所附著的濾渣和油物。傳統(tǒng)的布過濾設(shè)備復(fù)雜此設(shè)備則減少了一些煩瑣的閥門和管線操作起來非常簡單工效大大提高。傳統(tǒng)的布過濾器易積渣、易堵從而使過濾壓力增大必須定期抽芯清洗、更換過濾布這一工作量相當(dāng)大,維修工很辛苦。布的用量也很大,導(dǎo)致運(yùn)行成本增高。目前的陶瓷膜管耐酸、耐堿、耐高溫、耐高壓、耐各種有機(jī)物使用壽命長,只要定期用熱水反洗,即可不需抽芯,不需更換陶瓷膜過濾管不需要蒸汽。陶瓷膜過濾管采用柱式裝配方式反沖洗前余液能排干凈不會(huì)浪費(fèi)余液。操作彈性大;適應(yīng)溫度:-20～600℃,適應(yīng)工作壓力:0.06～1.00MPa;適應(yīng)反沖壓力:0.10～0.35 MPa。當(dāng)過濾壓差較大時(shí)一般壓差不超過 0.2MPa 應(yīng)停機(jī)反沖洗,為了能使濾餅不板結(jié)并且達(dá)到較好的反沖洗效果，陶瓷膜過濾器停機(jī)時(shí)應(yīng)及時(shí)排凈余液并反沖洗干凈,沖洗壓力應(yīng)小于 0.35 MPa,以防超壓沖破陶瓷膜過濾管,裝配陶瓷膜過濾管時(shí)要仔細(xì),特別要裝正橡膠墊以防三聚氰胺母液走近路影響產(chǎn)品質(zhì)量。

5微孔過濾陶瓷材料的發(fā)展方向

微孔陶瓷是指在陶瓷內(nèi)部或表面含有大量開口或閉口微小氣孔的陶瓷體，其孔徑一般為微米級(jí)或亞微米級(jí)。它是一種功能型的結(jié)構(gòu)陶瓷。微孔陶瓷具有吸附性、透氣性、耐腐蝕性、環(huán)境相容性、生物相容性等，廣泛應(yīng)用于各種液體的過濾、氣體的過濾及固定生物酶載體和生物適應(yīng)性載體，尤其是在環(huán)境工程上得到了大量的應(yīng)用，如工業(yè)用水、生活用水的處理、污水的凈化等方面。微孔陶瓷濾芯，其配料重量百分組成為：硅藻土 50%～75%、多功能健康陶瓷材料8%～20%、消失物5%～10%、粘結(jié)劑5%～15%、純堿1.5%～ 5%；經(jīng)配料、混料、成型后在600～1300℃溫度下煅燒制成。微孔陶瓷濾芯主要用于對(duì)飲用水進(jìn)行精濾、抗菌和活化處理，同時(shí)可以去除水中的重金屬離子，充分去除水中的余氯、有機(jī)化學(xué)物質(zhì)、顏色與異味，通過使用該濾芯能夠獲取礦化、凈化和活化飲用水。可應(yīng)用于凈水器、桶裝水和分質(zhì)供水等行業(yè)，也可以應(yīng)用于對(duì)水質(zhì)供應(yīng)有相應(yīng)要求的其它場合。

陶瓷濾芯的正常可刷洗次數(shù)是20～28次，陶瓷濾芯內(nèi)部均勻被覆銀離子以及抗菌活性成分，具有抗菌防腐作用，可將水中的細(xì)菌、微細(xì)顆粒雜質(zhì)、病毒等有效除去，可廣泛應(yīng)用于飲用水、礦泉水的凈化，除菌及醫(yī)藥、電子行業(yè)無菌水、消毒水、高純水的制備、化工等涉水行業(yè)。一般可使用10～12個(gè)月，好的陶瓷濾芯可使用3～5年，甚至更時(shí)間。

陶瓷濾芯由于選用的是純天然物理材料，所以在凈水器使用過程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染，同時(shí)以不象純水機(jī)那樣把水中各種礦物質(zhì)全部卻除，它會(huì)保留水中有益礦物質(zhì)、有效去除泥砂、細(xì)菌、鐵銹、永不堵塞、使用壽命長久、過濾效果卓越、凈化水質(zhì)甘甜等優(yōu)點(diǎn)。而且真正的陶瓷濾芯還有一個(gè)強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)就是不怕堵塞，能夠適應(yīng)水質(zhì)非常惡劣的情況，是一個(gè)全能性的選手。而一些劣質(zhì)的膜過濾方式的濾芯在較好的水質(zhì)條件下能較好工作，但水質(zhì)較差時(shí)就會(huì)被水中泥砂鐵銹、細(xì)菌懸浮物等逐步堵塞，進(jìn)而失去過濾作用。

以微孔陶瓷材料做過濾介質(zhì)的陶瓷微過濾技術(shù)及陶瓷過濾裝置由于其不僅解決了高溫、高壓、強(qiáng)酸堿和化學(xué)溶劑介質(zhì)等難過濾問題，而且由于本身具有過濾精度高、潔凈狀態(tài)好以及容易清洗、使用壽命長等特點(diǎn)，目前已在石油、化工、制藥、食品、環(huán)保和水處理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前，在微孔陶瓷材料的制備工藝及性能檢測、陶瓷過濾器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用、陶瓷微濾膜及高溫氣體凈化用陶瓷過濾材料及過濾裝置的研制及開發(fā)方面具國內(nèi)領(lǐng)先地位。主要產(chǎn)品包括各種規(guī)格的微孔陶瓷過濾元件和微孔陶瓷過濾器、高性能陶瓷膜過濾元件及陶瓷膜過濾裝置、高溫氣體凈化(高溫除塵)用高溫陶瓷過濾材料及高溫陶瓷除塵器、高溫融體過濾用泡沫陶瓷過濾元件以及陶瓷凈水器、陶瓷曝氣器、陶瓷消聲器、各種陶瓷電解隔膜等。產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于化工、制藥、冶金、水處理及環(huán)保工業(yè)。

通過優(yōu)化工藝配方和工藝過程,制備高孔隙率高強(qiáng)多孔陶瓷材料,提高材料氣孔均勻性;氣孔率和孔徑是多孔陶瓷材料的主要微孔性能指標(biāo)，在滿足其它強(qiáng)度的情況下，適當(dāng)提高材料的氣孔率，可以大幅度提高材料的透氣性能，降低單位面積材料的流體透過阻力，提高過濾效率。為此，可以通過在多孔陶瓷基體中引入陶瓷纖維，或通過采用編制陶瓷纖維利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)來制備高強(qiáng)、高空隙率的陶瓷纖維復(fù)合多孔陶瓷材料。目前，多孔陶瓷用做過濾材料，其綜合成本雖然要比粉末冶金過濾材料要低的多，但同其它過濾材料相比，價(jià)格仍顯偏高，這也是影響多孔陶瓷材料大面積推廣應(yīng)用的一個(gè)主要原因。隨著將來大端面陶瓷過濾器的工業(yè)化推廣應(yīng)用，基于材料密封等原因的陶瓷過濾元件規(guī)格尺寸也要求增大，探索新的制備工藝，制備低成本、大尺寸的多孔陶瓷制品，是發(fā)展多孔陶瓷材料產(chǎn)業(yè)的必然選擇。

陶瓷膜材料作為一種精密過濾與分離材料，其膜層孔徑大小、孔徑均勻性、膜層厚度及表面缺陷等對(duì)其分離性能有很大的影響。現(xiàn)有的制備技術(shù)，包括支撐體技術(shù)、膜層的工藝控制技術(shù)完整膜的無損在線檢測技術(shù)等很難達(dá)到制備完全無缺陷的膜的技術(shù)要求。以上問題也是制約陶瓷膜材料在國內(nèi)大量推廣的一個(gè)主要原因。為此，在今后的工作中應(yīng)就陶瓷膜材料的表面修飾技術(shù)及在線檢測技術(shù)方面做更深入的研究工作。

現(xiàn)有的多孔陶瓷材料功能單一,尤其用做過濾材料的多孔陶瓷材料,其過濾機(jī)理基本以物理過濾為主,今后若能采用陶瓷材料復(fù)合技術(shù)或嫁接技術(shù)制備一些多功能性陶瓷材料,如采用納米抗菌功能材料與微孔制備技術(shù)結(jié)合,研制開發(fā)具抗菌和凈化功能的微孔陶瓷材料；采用陶瓷一金屬復(fù)合技術(shù),制備具有選擇吸收、催化功能的多孔陶瓷材料;采用無機(jī)和有機(jī)材料復(fù)合技術(shù)制備其他一些電傳導(dǎo)膜、生物反應(yīng)膜等，這對(duì)擴(kuò)大多孔陶瓷材料的應(yīng)用范圍有重要意義。國內(nèi)從事多孔陶瓷材料研究工作者大多數(shù)只注重于材料本身性能的研究，而缺乏對(duì)材料應(yīng)用性能的研究。事實(shí)上，多孔陶瓷的應(yīng)用技術(shù)，包括過濾技術(shù)、材料的清洗再生技術(shù)、過濾系統(tǒng)的優(yōu)化等是一門很深的學(xué)問，多孔陶瓷材料推廣應(yīng)用一方面取決于材料本身優(yōu)良的性能，而另一方面更大程度取決于材料應(yīng)用技術(shù)水平的提高。因此，要提高我國的多孔陶瓷材料的產(chǎn)業(yè)化水平,就必須加強(qiáng)材料應(yīng)用性能的研究,建立相應(yīng)的應(yīng)用研究平臺(tái)，并加強(qiáng)企業(yè)之間的技術(shù)交流與自律。結(jié)合目前國內(nèi)多孔陶瓷材料發(fā)展實(shí)際狀況和需求，重點(diǎn)開發(fā)陶瓷微過濾材料、陶瓷膜過濾材料、高溫氣體過濾材料及高溫氣體催化分離材料及裝備技術(shù)，以滿足目前國內(nèi)能源、化工、環(huán)保和水處理行業(yè)的需要，提高國內(nèi)的過濾與分離技術(shù)水平。

6結(jié)束語

總之，隨著科技和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，能源、資源、三廢治理等問題更加受到重視。尤其是生物化工、精細(xì)化工、能源材料等高技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)液、固分離技術(shù)的研究和開發(fā)提出更高的要求，高分離精度、高運(yùn)行效率的微孔過濾技術(shù)及微孔過濾材料愈來愈引起人們的重視。微孔陶瓷過濾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、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用市場。

doi:10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2015.05.007