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)域得到了廣泛應(yīng)用。綜述了多孔陶瓷的特點(diǎn)、分類(lèi)、制備工藝,尤其是其在清潔方面的應(yīng)用,并展望了其發(fā)展前景。
1)化學(xué)穩(wěn)定好,即選擇適宜的材質(zhì)和工藝,可制成耐酸、耐堿的多孔制品,不會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成二次污染;
7)性強(qiáng),通過(guò)用液體或氣體反沖洗,可基本恢復(fù)原有過(guò)濾能力,從而具有較長(zhǎng)的使用壽命,同時(shí)性能好,不易被降解。
多孔陶瓷材料在清潔方面的應(yīng)用
多孔陶瓷由于自身的特性,在廢水、廢氣、廢棄物、噪聲、熱污染處理等清潔方面有著廣泛的應(yīng)用。
鍋爐濕法除塵廢水中含有大量懸浮狀態(tài)的粉煤灰和未燃盡的微小炭粒并吸收了SO2,CO2,NO2等氣體而呈酸性,它與熱電廠水力沖渣廢水一樣都是弱酸性高濃度的廢水,懸浮物(SS)濃度高、灰渣量大、處理難度大。目前,應(yīng)用較多的是沉淀除渣或與機(jī)械脫水相結(jié)合的工藝,但處理后水質(zhì)仍難以滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。但用多孔陶瓷處理后卻能達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn),如徐奇煥[16]報(bào)道了武昌電廠采用
微孔陶瓷陶瓷管處理火電廠沖渣廢水的工藝,廢水通過(guò)微孔陶瓷陶瓷管過(guò)濾處理后,懸浮物(SS)凈化率可達(dá)91%～97%,化學(xué)需氧量(COD)率89%～95%,出水懸浮物濃度10～15mg/L,達(dá)到了一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
1999年,山東建材學(xué)院采用多孔陶瓷(陶粒)處理含鎳廢水,鎳的率達(dá)99%,濟(jì)南大學(xué)的王士龍[17-18]采用多孔陶瓷(陶粒)分別處理含鉛和鋅廢水,鉛和鋅的率均達(dá)98%以上。
4.2 廢氣處理
由于多孔陶瓷具有發(fā)達(dá)的顯氣孔和較大的比表面積, 當(dāng)被覆催化劑后, 可以 增加有效接觸面 積, 使反應(yīng)流體通過(guò)多孔陶瓷孔道時(shí)將大大提高轉(zhuǎn)換效率和反應(yīng)速率, 從而提高催 化效果 。同時(shí)它 具有耐高溫 、機(jī)械強(qiáng)度高 、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)使其能在苛刻的條件下也可使用 。因而已經(jīng)被大量用于汽車(chē)尾氣處理和化學(xué)工程的反應(yīng)器中, 來(lái)處理有毒 、惡臭等有害氣體 [ 19 -20] 。
為了克服濕法除塵易結(jié)垢堵 塞 、不利 于回收利用等缺點(diǎn), 工業(yè)上對(duì)要回收的粉塵常采用干法收塵,
能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)常袋式除塵器和電除塵 器, 但它們常因?yàn)楦邷鼗騼r(jià)格制了使用 。謝錦秋[ 21] 使用“TWL型陶瓷質(zhì)微孔過(guò)濾式除塵器 ”除塵效率能達(dá)到99.5%以上 。 J.C.Ruiz[22] 用氯化鈉溶液作為粉塵粒子的來(lái)源考察了多孔陶瓷對(duì)它效率, 結(jié)果顯示粉塵率達(dá) 99.995%, 并研究了它的機(jī)理為重力沉降 、慣性碰撞 、攔截 、布朗運(yùn)動(dòng) 。
4.3 固體廢棄物處理
該應(yīng)用主要是以固體廢棄物為原料來(lái)制備多孔陶瓷 。如赤泥是氧化鋁生產(chǎn)中排 放的工業(yè)廢物, 目前全世界每年產(chǎn)生約 6000萬(wàn) t赤泥, 我國(guó)赤泥排放量每年大約也有 500萬(wàn) t以上 ?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)流行的處
理方法是筑壩濕 法堆存, 但這種處理方法不 占用大量農(nóng)田, 而且赤泥中的含堿廢液污染地表 、地下水源, 嚴(yán)重破壞環(huán)境 。而赤泥的化學(xué)成分 適宜于生產(chǎn)陶瓷 (主要含 SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3 ), 因此, 該途徑可實(shí)現(xiàn)赤泥 的資源化, 從而鋁廠的 環(huán)境負(fù)荷, 有利于擴(kuò)大產(chǎn) 。可用作制多孔陶瓷 濾料的固廢還有煤矸石 、粉煤灰 、污水處理廠的污泥[ 23] 、河道淤泥 、各種礦渣 、廢玻璃和廢陶瓷等 。
4.4 噪聲處理
噪聲是除水污染 、大氣污染 、固體廢物污染之外的四大公害, 給人們的日常生活帶來(lái)了 大的影響 。而多孔陶 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, 多孔陶瓷 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)入多孔陶瓷的孔穴時(shí), 可引起孔穴中的空氣來(lái)回運(yùn)動(dòng), 由于空氣的粘滯性會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的粘滯阻力而將聲能轉(zhuǎn)化為 ;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 。
4.5 熱污染處理
所謂熱污染, 是指現(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, 目前人們還未充 分認(rèn)識(shí)到它的危害, 常常對(duì)它 熟視無(wú)睹 。它 對(duì)大氣 、水體 、人都能帶來(lái)大的危害 ?？刂茻嵛廴镜拇胧┲皇菬崃康纳⑹? 而多孔陶瓷由于氣孔率高, 使得其密度較小 、熱傳導(dǎo)系數(shù)較低, 從而造成了巨大的熱阻及較小的體積熱容, 使其成為傳統(tǒng)的保溫隔熱材料 。但若將其內(nèi)部抽 成真空, 那么多孔陶瓷將成 為目前世界上好的隔熱材料 -超能隔熱材料 [ 24] 。因而能很好地?zé)崃康膿p失而引發(fā)的熱污染 。
近年來(lái)我國(guó)在多孔陶瓷的制備工藝及性能方面都有很大的進(jìn)展, 并且多孔陶瓷已經(jīng) 廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域, 取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效益 ;同時(shí),不斷涌現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域 (航空航天 、金屬陶瓷復(fù)合材料等 ), 對(duì)多孔材料的需求加迫切, 并且對(duì)其性能也提出了高的要求 。令人欣喜 的是, 能 源和環(huán)境問(wèn)題成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展需要解決的根本性 問(wèn)題,依靠科技的力量, 通過(guò)多孔陶瓷的應(yīng)用, 人類(lèi)在探索新型能源和消除環(huán)境污染方面取得了持續(xù)的 進(jìn)展 。今后, 各種多孔陶瓷材料的研制開(kāi)發(fā) 將會(huì)發(fā)揮加重要的作用 。隨著各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Χ嗫滋沾尚枨蟮牟粩鄶U(kuò)大及對(duì)高性能多孔陶瓷的迫切需要, 將會(huì)促進(jìn)多孔陶瓷的飛速發(fā)展, 為多孔陶瓷的 應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)廣闊的前景 。
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