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课程论文报告专用纸 淮 海 工 学 院课程论文报告书 题 目： 环境材料多孔陶瓷的应用 及发展方向 学 院： 化学工程学院 专 业： 材料化学 班 级： 102 姓 名： 周佳 学 号： 051002236 2013 年 6 月 20 日环境材料多孔陶瓷的应用及发展方向摘要：多孔陶瓷是一种以气孔为主相的新型陶瓷材料，由于其具有优良的物理化学特性，现已被广泛应用于化工、石油、冶炼、纺织、制药、食品机械、水泥等各个行业，已引起材料工作者的高度重视。随着近几年环境问题的加剧，多孔陶瓷开始转向于环境治理方面，本文着重讲述多孔陶瓷在环境保护方面的应用。本文简要介绍了多孔陶瓷材料的概念、优良特性、制备工艺及表征参量。重点讲述了多孔陶瓷材料在废水处理、大污染治理、噪声控制、节能隔热以及固体废弃物的治理等方面的应用研究现状，并对其目前研究过程中出现的问题进行了简单阐释，从而提出了多孔陶瓷材料未来的发展前景及趋势。 关键词：多孔陶瓷；环境治理；应用；性能；前景1.引言 在全球经济发展的浪潮中，环境与资源是人类遇到的两大难题，人们对节省资源、保护环境的要求越来越高。多孔陶瓷正是适应了这种形势发展需求的新材料，它能够提高效率、节约能源，尤其在环境保护方面发挥着越来越大的作用。 多孔陶瓷是一种新型的陶瓷材料 。由于具有均匀分布的微孔或孔洞 ,孔隙率较高、体积密度小 , 具有发达的比表面及其独特的物理表面特性 ,对液体和气体介质有选择的透过性 , 能量吸收或阻尼特性，加之陶瓷材料特有的耐高温 、耐腐蚀 、高的化学稳定性和尺寸稳定性 ,使多孔陶瓷这一绿色材料可以在气体液体过滤 、净化分离 ,化工催化载体 、吸声减震 、高级保温材料 、生物植入材料 ,特种墙体材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用 。2.多孔陶瓷材料的概述 多孔陶瓷材料是以刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料，经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种内部具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔隙结构的陶瓷材料。 2.1 多孔陶瓷的优良特性 多孔陶瓷材料除具有相对密度小、比表面积大、热导率低、比强度高及吸附性能好等多孔材料的共同属性外，还具有如下特性： (1)化学稳定性好，选择合适的材质和工艺，可制成适应各种腐蚀环境的多孔制品。 (2)强度大，刚度高，即在气压、液压或其他应力负载下，孔隙形状与尺寸不会发生变化。 (3)耐热性佳，即由耐高温陶瓷制成的多孔体可对熔融钢水或高温燃气等进行过滤。 (4)孔隙率高，可达20-95，且孔径分布均匀和大小可控，渗透率高。 (5)体积密度小，具有发达的比表面积及独特的表面特性。 (6)自身洁净状态好，无毒无味、无异物脱落，不会产生二次污染。 (7)再生性强，通过用液体或气体反冲洗，可基本恢复原有过滤能力，从而具有较长的使用寿命，同时抗菌性能好，不易被细菌降解。 2.2 多孔陶瓷的制备工艺及其表征指标 多孔陶瓷的首要特征是其多孔特性，制备的关键和难点是形成多孔结构。选择适当的方法和工艺可以得到适宜的多孔陶瓷。 多孔陶瓷常用的制备工艺如下： (1)有机（聚合物）泡沫浸渍工艺。该工艺是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料，干燥后烧掉有机泡沫，获得多孔陶瓷的一种方法。 (2)添加造孔剂工艺。该法是在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基本而形成气孔来制备多孔陶瓷。 (3)发泡工艺。该工艺是向陶瓷组分中添加有机物或无机物，在处理过程中形成挥发性气体，从而产生泡沫，经干燥和烧成制得多孔陶瓷。 (4)溶胶-凝胶工艺。该工艺主要利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶处理，热处理等过程中留下小气孔，形成可控多孔结构。 多孔陶瓷材料的基本参量包括孔隙率、孔径与孔径分布、孔隙形貌、孔隙特性、比表面积等5个方面。这五个物理量都可以作为表征多孔陶瓷孔结构的指标。这些指标与多孔陶瓷滤料在环境污染治理方面的应用密切相关，一般在保证机械强度、化学稳定性、热稳定性的基础上，尽可能要求较高的孔隙率、较大的比表面积、较窄且均匀的孔径。 3.多孔陶瓷的应用3.1、金属铸造 多孔陶瓷在铸造业中的一个非常重要应用就是用作熔融金属过滤器。陶瓷过滤器净化金属液的机理除了机械和反应过滤外，更重要的是对金属液起“整流”作用，这种作用使得金属液渣包被破坏，同时延长渣上浮时间，从而达到净化金属液的作用。自从60年代中期多孔陶瓷过滤器首次用于处理铝合金以来，陶瓷材料的发展及浇铸操作技术的提高已使它们的应用扩大到包括熔模精密铸造、钢铸造工业及工业铸件等方面，即提高它们的机械性能，降低铸件废品率，提高铸件工艺出品率，延长金属切削加工刀具寿命等。多孔陶瓷过滤器在钢的连铸中的应用使钢水的洁净度和产量得到提高，不仅降低了非金属夹杂物含量，而且有效地减少了水口堵塞。近年来，工业发达国家所有的铸件几乎全部采用多孔陶瓷型内过滤浇铸工艺，并把此项工艺作为生产优质铸件的关键技术。 多孔陶瓷在铸造业中的另一个重要应用就是用于制备金属基网状陶瓷复合材料，这种材料系用铸造方法在预制多孔陶瓷中浇入金属而成。由于这类材料比普通铸件具有较大的阻尼系数，它将为机械工程解决振动问题提供了一条新的途径。3.2、石油化工 对于具有连通气孔的多孔陶瓷，当通过流体时，骨架对流体具有很好的接触、搅拌效果以及阻挡大颗粒的作用。这些特性使得多孔陶瓷在化工生产中具有重要应用，如除臭装置等用的催化剂载体、气体吸收塔、蒸馏塔的填料以及流化床中的过滤器等。利用多孔陶瓷向液体中吹入反应气体，用吹氧方法培养微生物等。利用多孔陶瓷制成的酸性溶液电解用隔膜，可以防止电极间生成的物质与电解液相混合，提高电解效率。3.3、核电工业 从原子能发电厂产生的大量放射性废物中，大部分是可燃物，因此，需要经燃烧使其变为在化学上稳定的灰。在燃烧过程中,放射性固体颗粒混入高温废气中排除，利用多孔陶瓷可以收集放射性的固体颗粒，进行再燃烧，实现净化处理，这样保管起来既安全又经济。3.4、食品加工 由于多孔陶瓷过滤液体时，没有溶出物，不会污染食品。因此，制糖和酿造工业使用预涂层多孔陶瓷过滤器进行最后阶段的精密过滤，进行啤酒、醋、酒的精加工。用这种方法精密过滤生啤酒时，可省掉加热处理工序，与其它方法相比，啤酒味道更美。3.5、能源领域 由于高开气孔率多孔陶瓷具有较大的表面积、密度低、热阻大等特性，使得它在能源领域中获得重要应用，如用作固体热转换元件、多孔燃烧器。将多孔陶瓷换热元件置于燃烧气体通路中，能吸收排气中的热，然后以固体辐射的形式辐射到加热炉一侧，回收余热，可大幅度节能燃烧消耗量。多孔陶瓷燃烧器具有耐高温、使用寿命长等优点，它不仅节能，而且可以减少NOx的排除物，是近年来发展起来的新型技术，具有十分诱人的应用前景。3.6、环保领域 多孔陶瓷在环保领域中的一个重要应用就是作为汽车尾气催化净化器，不仅可以收集柴油机排出的黑烟颗粒，还可以将废气中的CO转化为CO2,NOx转化为NO2，CnHm转化为H2O和CO2。 此外，它还可以用于高温废气的净化器、污水处理散气装置以及控制噪声的吸声材料等。3.7、生物领域 网眼型多孔陶瓷与人体的海绵骨具有近乎相同的三维网状结构。由于这种多孔网状结构能使骨组织长入孔隙中，使种植体与生物体之间产生更为牢靠的固定，所以多孔生物陶瓷材料特别是网眼多孔羟基磷灰石材料将成为非常重要的骨移植材料，并成为当前无机生物材料研究中的热点。4.多孔陶瓷发展方向 近些年，多孔陶瓷的发展比较迅速，多孔陶瓷的应用也非常广泛。从专利的申请情况可以看出，多孔陶瓷的应用已经涉及到人类生活和社会发展的各个方面。虽然目前仍以传统的分离过滤及渗透用、绝热和换热及作为载体应用等为主，但多孔陶瓷跨学科应用的专利也比较多，再就是向尖端科技发展，特别是在航空航天方面的应用也相对较多，这说明多孔陶瓷的技术研究在突破传统的应用领域朝交叉学科和新的应用领域拓展。 总之，从目前多孔陶瓷专利的申请情况可以看出，多孔陶瓷以后的研究方向和实际要突破的技术层次大致可以归纳为以下几个方面： 1、在多孔陶瓷材料的分离过滤及渗透应用方面，尤其是随着大端面陶瓷过滤器的工业化推广应用，基于材料密封等技术要求的陶瓷过滤及渗透元件规格尺寸相应增大，故如何采用新的配方工艺和补强增韧的技术来提高其材料的强度和韧性及其它物化性能指标，这是必须深化研究和应尽早成熟化，产业化的必由之路。例：可通过新的配方工艺制备纳米结构一一微米结构复合多孔陶瓷材料，多孔陶瓷材料因具有微米结构而有较高的硬度，具有纳米结构而有较高韧性。改变这种复合材料中的纳米结构和微米结构比例，可调节材料的强度与韧性，或通过采用编织陶瓷纤维利用化学气相沉积技术，或制备陶瓷金属复合材料来制备高强高空隙率的分离及渗透用多孔陶瓷材料。 2、多方位拓宽多孔陶瓷的功能性，可采用复合技术或嫁接技术制备一些多功能性材料。例：开发和生产具有抗菌和净化功能的微孑L陶瓷材料；采用有机和无机材料复合技术制备电传导膜、生物反应膜等；采用陶瓷膜材料的表面修饰和改性技术，制备大尺寸无缺陷的或具有新功能的陶瓷膜材料，还有必要把高科技的纳米技术引入传感器多孔陶瓷领域，开发出微型化、集成化、智能化、多功能、高附加值的传感器新产品。随着传感技术、数据处理技术、计算机技术、人工智能等相关技术的发展，多传感器信息融合必将成为未来复杂工业系统的重要技术。以上领域的研究和开发对扩大多孔陶瓷的应用范围具有重要意义。 3、加强对多孔陶瓷材料应用性能的研究和提升。例：材料的清洗再生技术、过滤系统的优化技术和集成技术，多孔陶瓷完整膜的无损在线检测技术研究等，提高产业化水平，并延长多孔陶瓷的使用寿命是其必须重点攻克的推广应用和市场化难关。结束语 多孔材料的研究与发展已经受到人们的普遍重视，许多研究在技术上已经成为可能。随着多孔材料在能源、环保、化学工业方面的应用越来越广泛，对多孔陶瓷的进一步开发、应用和推广将带来很大的经济效益与社会效益。多孔材料的研究与应用目前还存在的问题主要表现在：材料的脆性；缺乏完整材料的大规模生产系统；缺乏对材料孔结构精确设计与控制的有效手段；缺乏将孔结构与力学性能相联系的有效模型。 对于这些问题，一些有益的前沿性研究已取得明显的效果，与此同时，相关的基础理论研究也在积极进行中。相信在不久的将来，多孔陶瓷材料应用会更加广泛，对我们生活的影响将更加深远。参考文献1马文,沈卫平,董红英,顾淑媛.多孔陶瓷的制造工艺及进展.粉末冶金技术,2002,20（6）2朱新文,江东亮,谭寿洪.多孔陶瓷的制备、性能及应用：（）多孔陶瓷的结构、性能及应用.陶瓷学报,2003,24(2)3鄢春根,徐有华,罗晓宁. 我国多孔陶瓷专利分析与发展方向.4杨刚宾,蔡序珩,乔冠军,金志浩. 多孔陶瓷制备技术及其进展. 河南科技大学学报(自然科学版), 2004,25(2)5李方文,吴建锋,徐晓虹等.应用多孔陶瓷滤料治理环境污染J.中国安全科学学报,2006,16(7):112-117. 6江昕,尹美珍.多孔陶瓷材料的制备技术及应用J.现代技术陶瓷,2002(1):15-19. 7王慧,曾令可,张海文等.多孔陶瓷-绿色功能材料J.中国陶瓷,2002,38(3). 8刘培生.多孔材料引论M.北京