多孔陶瓷在陶瓷產業應用現狀分析*

韓復興

(安陽貝利泰陶瓷有限公司 河南 安陽 456350)

我國是陶瓷生產大國,日用陶瓷和建筑衛生陶瓷的產量均位居世界第一位。2019年,我國日用陶瓷產量高達310億件,建筑陶瓷磚產量約為101.5億m2;按15～20 kg/m2計算,則需要消耗泥料和石粉15 000萬～2 000萬t,每平米陶瓷磚耗能大約為550 kal,按消耗1.7 m3天然氣計,則需要消耗天然氣大約172.55億m3,屬于高耗材、高耗能產業。

近年來,各級部門正按照GB 21252-2013 建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額和GB 25464-2010陶瓷工業污染物排放標準修訂版標準要求,落實大氣污染防治攻堅戰和實現萬元產值綜合能耗逐年降低,煙氣粉塵排放總量、二氧化硫排放量、氮氧化和二氧化碳排放總量逐年降低,直至2030年,產業全面實現“碳達峰”,2060年全面實現“碳中和”的總體目標。

多孔陶瓷作為陶瓷的一個類別,不僅具有普通陶瓷的化學穩定性好、剛度高、耐熱性好等優良特性,還有更多的因其孔洞結構而特有的性能,如密度小、質量輕、比表面積大、導熱系數小等。由于其具有獨特的化學、力學、熱學、光學、電學等方面的性能,多孔陶瓷已經成為一類具有巨大應用潛力的材料[1]。目前應用領域已經涉及到環保、能源、化工、航空、冶金、石油化工、建筑、生物醫藥、原子能、電化學等領域,用于分離過濾、吸聲隔音、載體、隔熱、換熱、傳感器、曝氣、電極、生物植入、蓄熱等場合。

筆者分析了以下多孔陶瓷的分類、制造方法和在陶瓷產業的應用現狀。

1 多孔陶瓷分類

多孔陶瓷是一種含有較多孔洞的無機非金屬材料,并且是利用材料中孔洞的結構和表面積,結合材料本身材質,來達到所需要的熱、電、磁、光等物理及化學性能,從而可以凈化、提純、過濾、分離、分散、滲透、保溫、隔熱、換熱、吸聲、隔音、吸附、載體、反應、傳感及生物等用途的材料。

多孔陶瓷按材料成分可分為:氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷,譬如碳化物陶瓷和氮化物陶瓷;氧化物陶瓷又可以分為:氧化硅質、氧化鋁質(剛玉質)、氧化鋯質、莫來石質、堇青石質、氧化鈦質、鈣鈦礦質、氧化錫質、硅酸鋯質、鈦酸鋁質、硅灰石質、鋰輝石質、硅藻土質、硅線石質、珍珠巖質、長石莫來石質、長石頁巖質、煤矸石質、粉煤灰質、花崗巖尾礦質、鉬尾礦質、銅尾礦質、鋰尾礦質、鐵尾礦質、赤泥-煤矸石質、沸石分子篩、硅酸鹽玻璃質以及鵬硅酸鹽玻璃質等。

按材料晶相組成又可分為:陶瓷質(陶質和瓷磚)、玻璃陶瓷質(微晶玻璃質)、玻璃質(多孔玻璃)。多孔陶瓷也可以按孔徑和氣孔形態分類,譬如按氣孔形態可以分為開孔型(以開口氣孔為主體的多孔陶瓷)、閉孔型(以封閉氣孔為主體的多孔陶瓷)和貫通氣孔型(屬于開口氣孔多孔陶瓷中的特類);按孔徑可以分為宏孔(孔徑＞50 nm)、介孔(孔徑＞1.5 nm,＜50 nm)、微孔(＜1.5 nm)。

2 多孔陶瓷制造方法

多孔陶瓷的制備工藝過程包括:原料加工、配料、成形、干燥、燒成等。很大一部分可以借鑒傳統建筑陶瓷、日用陶瓷、衛生陶瓷、結構陶瓷、功能陶瓷的生產工藝,如成形方法就有建筑陶瓷的干壓成形法、衛生陶瓷的注漿成形法、陶板或石墨電極的擠出成形法以及功能陶瓷中電子陶瓷的流延成形法、壓延成形法等。多孔陶瓷的造孔技術可以在原料及配方組成中,也可以在成形、干燥、燒成和冷加工中。

傳統造孔技術有:顆粒堆積燒結法、添加造孔劑法、有機泡沫浸漬法、顆粒穩定泡沫法、發泡法、溶膠凝膠法和擠出成形法;新型造孔技術包括:薄膜沉積法、陽極氧化法、冷凍干燥法、相分離瀝濾法、熱分解法、水熱法、超臨界干燥法、凝膠注模法、自蔓延高溫合成法、增材制造法等。

3 多孔陶瓷技術在陶瓷工業應用現狀

3.1 用于陶瓷工業固廢資源化

陶瓷產業固廢有3個源頭:①上游陶瓷原料、釉料開采、加工、生產、制造、包裝、運輸過程產生的各種固體廢棄物;②陶瓷企業生產、制造、包裝、儲存、運輸過程產生的各種固體廢棄物;③陶瓷產品在建筑工程中的安裝、裝修施工過程,以及建筑及陶瓷產品達到實用壽命的回收利用。陶瓷產業固廢資源化生產多孔陶瓷,已經引起陶瓷產業從業人員和環保科研人員的極大關注。這些研究為建筑陶瓷產品功能化、綠色化和固廢資源化做出極大的貢獻。

陶瓷產業固廢資源化利用通常采用的途徑有:

3.1.1 作為坯料在陶瓷工業中循環利用

在建筑陶瓷生產企業,由于廢坯、廢瓷等固體廢料產量大,這些廢料在工廠內循環利用是比較有效的。

3.1.2 用于生產混凝土透水磚

采用陶瓷工業固體廢物生產透水性材料(混凝土或磚)鋪筑各種場地和路面,增大透水透氣面積,可有效緩解城市不透水硬化地面對城市生態造成的負面影響,同時實現了固體廢物的資源化利用。

3.1.3 用于生產水泥及混凝土材料

陶瓷拋光磚廢料和廢石膏代替部分原料配料,可燒制出合格的硫硅酸鹽水泥熟料。

筆者首次利用陶瓷廢長石粉、廢粘土粉、廢土粉、廢瓷粉、廢釉粉和粉煤灰,并添加少量焦煤粉和硝酸鉀作為發泡劑,硼酸作為助泡劑。采用不銹鋼模具或碳化硅模具裝填法,在輥道窯最高850℃時所生產出的強度高、顯氣孔率高、體積密度低的宏孔多孔陶瓷材料,可以用于墻體隔音、吸聲、保溫和調濕,亦可以用于固液分離[2]。

發明專利CN105439548B公布了一種含有陶瓷拋光廢渣的呼吸磚及制備方法,主要針對現有產品價格高、制備方法復雜及陶瓷拋光廢料污染環境的問題。本發明采用陶瓷拋光廢渣30%～40%;硅藻土46.5%～57.5%;膨潤土1%～3%;吉林土5%～7%;陶瓷坯體增強劑0.5%～1%;陶瓷助燒劑1%～2%;高效減水劑0.5%～1%;納米二氧化鈦0.5%～1.5%;電氣石粉0.5%～1.5%。并加入適量的顏料和水,經制備漿料、噴霧造粒、成形、燒成即得到含有陶瓷拋光廢渣的呼吸磚。呼吸磚是一種利用開孔型多孔陶瓷,它可以吸附空氣中的水分和有害異味氣體,減少特殊氣味、調節濕度、控制結露。

專利CN102249694B公開了一種輕質陶瓷磚的生產方法,該方法采用陶瓷廠的固體廢棄物和污水處理廠生產的污泥作為原料。廢渣包括:拋光廢渣、經破碎處理的廢拋光磚、制坯回收的廢坯粉和廢泥粉、除塵器回收粉塵、陶瓷廠排水道淤泥、經破碎處理的拋光用廢磨塊、廢棄釉料、煤燒結余物、廢高嶺土、廢高溫砂、污泥等。生產時將配合料、減水劑和增強劑在濕法球磨機內球磨、泥漿噴霧干燥、干壓成形、余熱干燥、釉線施釉、燒成發泡、磨邊倒角,生產出體積密度在0.35～0.95 g/cm3、線膨脹率在8%～40%、斷裂模數在4～0 kgf/cm2、導熱系數在0.085 0～18 W/m·k,具有保溫隔熱、隔音吸聲功能的閉孔型多孔陶瓷,而且綜合利用了陶瓷廠的固體廢棄物和污水處理廠生產的污泥,達到廢棄物資源化和實現建筑陶瓷特別是拋光磚廠固體廢物零排放的目的。

近年來,國內關于陶瓷廢料制備多孔陶瓷材料的研究方興未艾,在過濾材料、吸聲材料和保溫材料等方面都取得了許多成果[3～8]。

3.2 用于生活污水處理

我國是一個缺水國家,全國669個城市中,400個城市常年供水不足,其中110個城市嚴重缺水,天津、長春、青島等大中城市已受到水資源短缺的嚴重威脅。“十三五”以來,我國城鎮化率及GDP 保持快速增長,年總用水量已達6 700億m3,2019年我國城鎮污水排放量約750億m3,但再生水利用量不足100億m3,再生水利用量不足城鎮污水排放量的15%,現需要亟待加快推進。

《關于推進污水資源化利用的指導意見》提出“到2025年,全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上,京津冀地區達到35%以上;到2035年,形成系統、安全、環保、經濟的污水資源化利用格局”的總體目標。同時要求“具備條件的缺水地區對市政管網未覆蓋的住宅小區、學校、企事業單位的生活污水進行達標處理后實現就近回用”。

目前,陶瓷產業工業和生活用水大部分不在市政管網覆蓋區,尤其是生活用水,大部分來自地下水。工業園區地下水污染隱患多、用于生活用水風險大,而且地下水資源越來越匱乏,已經滿足不了居民生活需求和可持續發展。

華東建筑設計研究院有限公司和南京化工大學采用分置式陶瓷微濾膜生物反應器(MBR)對居民生活污水進行了處理實驗。原水進入具有較高活性污泥濃度(MLSS不大于20 000 mg/L)的活性污泥法生物反應裝置進行生化處理,同時生化反應裝置中的污水經泵加壓循環流至無機陶瓷膜分離裝置(氧化鋯膜管,0.2μm,長1 m,7通園柱形膜管)。以1∶60的出水、回流比進行分離,得到處理出水。實驗原水水質主要指標:COD 為80～800 mg/L,氨氮為2.8 mg/L;出水相應指標:COD 為5.9 mg/L,氨氮為“無”。其它指標略,經過長期穩定性考察,實驗出水均達到污水排放標準GB8978-88,以及可以達到建設部生活雜用水標準CJ25.1-89,可以作為回用水回用[9]。

廣西桂平碧清源環保投資有限公司在平板陶瓷膜污水處理領域應用方面,已有每天處理近10萬t的工程項目在運行。涉及領域包括工業廢水、生活污水、農村城鎮污水以及屠宰廢水等行業。其中賀州市旺高工業區污水處理廠處理規模為2 萬t/d。該工程采用“水力澄清池+NCMT 生化池”工藝,工程設計進水COD Cr≤500 mg/L、懸浮物≤150 mg/L、氨氮≤35 mg/L、BOD≤150 mg/L、總磷≤7 m/L。2016年7月到2017年7月,區污水處理出水年COD Cr平均值為18.54 mg/L、懸浮物為7.62 mg/L、氨氮為1.04 mg/L、BOD 為53.51 mg/L、總磷為0.30 m/L、總氮為6.96 mg/L,系統出水水質遠優于GB 18918-2002城鎮污水處理廠污染物排放標準中的一級A 標準的排放標準要求[10]。

3.3 用于飲用水凈化

水是人類賴以生存和發展的物質基礎,飲用水安全則是影響人體健康和國計民生的重大問題。中國淡水資源總量約為2.8 萬億m3,占全球水資源總量的6%,位居世界第四,僅次于巴西、俄羅斯和加拿大。然而,中國的人均水資源量只有約2 000 m3,只有世界平均水平的四分之一。中國幅員遼闊、地形多樣,造成了水資源分布不均,被聯合國列為13個缺水國家之一。水污染加劇了水資源的短缺。2018 年,水利部對31個省(直轄市、自治區)1 045個集中式飲用水源地進行了評價,合格率為83.5%。即使是水資源相對豐富的華南地區,也面臨著飲用水安全、水資源短缺問題。隨著人口的增長和城市化進程的加快,居民對安全飲用水的需求也在不斷的增長。

近年來,主要應用于飲用水凈化的多孔陶瓷膜技術包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)。相比傳統的水處理技術,壓力驅動膜過程更為高效、低耗。其中微濾(MF)技術主要用于去除水體中的懸浮物、細菌等大顆粒物質,在飲用水的預處理和初級階段應用。超濾(UF)膜孔徑較微濾(MF)膜小,對于普通的自然水源,經過超濾膜處理后可以達到飲用水標準。與微濾(MF)和超濾(UF)相比,納濾(NF)不僅可以保證飲用水的生物安全,同時對各類有機物有較高的截留性能,對無機離子可適度去除,能夠滿足更廣泛水源需求。反滲透(RO)操作壓力高、膜價格昂貴,主要用于海水、苦咸水淡化,但對于特殊水源的飲用水,常規多孔陶瓷膜難以達到飲用水標準,反滲透膜(RO)則是有效的深度處理技術[11]。

陶瓷產業工業園大部分遠離城市,生活用水大部分不在市政管網覆蓋區,而工業園區由于地質條件和工業污染,幾乎都無法直接應用,采用多孔陶瓷膜處理生活用水,尤其是飲用水已經在一些工廠取得了顯著成效。

3.4 用于窯爐高溫煙氣脫硝

建筑陶瓷工業是一個高污染、高能耗、高消耗的產業。目前,全國共有建筑陶瓷生產線2 000多條,產量將近100億m2。現有的建筑陶瓷工業煙氣排放口多而散,無組織排放現象嚴重,治理難度較大,整個行業不僅要面臨激烈的競爭,還要面對節能減排的重任。

在我國陶瓷工業中,目前國內針對陶瓷煙氣污染控制、除塵、脫硝技術已經成熟,但對NOX、氟化物、氯化物及重金屬等污染物的控制技術研究和應用嚴重滯后或缺乏。對于建筑陶瓷生產而言,煙氣的排放有噴霧干燥塔的燃燒爐排放的煙氣和陶瓷輥道窯燃燒后排放的煙氣。

陶瓷噴霧塔煙氣的主要污染物有粉塵、SO2和NOX。對于使用天然氣的生產企業,其排放參數具體如下:

煙氣的排放溫度為70～150℃;噴霧塔燃燒爐燃燒的溫度為850～1 100℃;粉塵初始濃度為2 200～5 600 mg/Nm3;SO2初始濃度為20～100 mg/Nm3;NOX初始濃度為100～250 mg/Nm3。采用鋼倉旋風除塵和布袋除塵組合工藝,粉塵排放濃度可以達到＜10 mg/Nm3;采用石灰-石膏半干法或濕法脫硫工藝,SO2排放濃度可以達到＜20 mg/Nm3;采用新型選擇性非催化還原SNCR 技術,NOX排放濃度可以達到＜100 mg/Nm3。滿足國家標準修改版GB 25464-2010陶瓷工業污染物排放標準,粉塵排放濃度可以達到＜10 mg/Nm3;SO2排放濃度可以達到＜30 mg/Nm3,NOX排放濃度可以達到＜100 mg/Nm3的要求,實現超低排放。

陶瓷窯爐或者干燥窯煙氣的主要污染也是粉塵、SO2和NOX。對于使用天然氣的生產企業,其排放參數如下:

干燥煙氣的排放溫度為140～180℃;窯爐煙氣的初始排放溫度為140～280℃,一般窯爐煙氣二次利用用于干燥窯干燥或噴霧干燥塔摻冷風。窯爐或干燥煙氣:粉塵初始濃度為40～200 mg/Nm3;SO2初始濃度為120～600 mg/Nm3;NOX初始濃度為400～600 mg/Nm3。采用布袋除塵工藝,粉塵排放濃度可以達到＜10 mg/Nm3;采用石灰-石膏半干法或濕法脫硫工藝,SO2排放濃度可以達到＜5 mg/Nm3;為了實現NOX的超低排放,只能研發新型選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝系統,由于很多使用效果優異的催化劑最佳的工作溫度在300℃以上,因此在后段工序還需將除塵后的煙氣進行升溫,這又消耗很多能源。也只有這樣才能將NOX排放濃度控制在＜75 mg/Nm3。從而滿足國家標準GB 25464-2010陶瓷工業污染物排放標準的修改版,粉塵排放濃度可以達到＜10 mg/Nm3;SO2排放濃度可以達到＜30 mg/Nm3,NOx排放濃度可以達到＜100 mg/Nm3的要求,實現超低排放。

目前SCR 陶瓷催化劑有蜂窩式、波紋式、平板式3種,多孔陶瓷載體材料主要有氧化鋁、氧化鈦、堇青石、鈣鈦礦等和活性V2O5、WO3、Mo O3、Mn O2等組分及摻入Fe2O3、CeO2等成分。生產時蜂窩式催化劑一般將載體材料與活性成分及摻入成分一起混練、擠出成形、高溫燒結成陶瓷催化劑,波紋式和平板式則采用在多孔陶瓷載體上涂覆無機催化膜。清華大學環境科學與工程學院、中國科學院過程研究所和南京工業大學是多孔陶瓷催化膜研究的佼佼者,生產企業有大唐南京環保科技有限公司、天河(保定)環境工程有限公司、鄭州康寧特環保集團、浙江海亮環境材料有限公司、山東天璨環保科技有限公司、江蘇萬德環保科技有限公司、啟源(西安)大榮環保科技有限公司等。

戴子劍等[12]以偏高嶺土、氧化鋁和滑石為原料,利用壓制成形制備出堇青石多孔陶瓷,并采用浸漬涂覆法制備錳基低溫脫硝催化劑。通過氣孔率、抗折強度、熱膨脹系數、SEM、BET 等測試探究了碳粉和淀粉兩種造孔劑及添加量、不同酸處理時間等因素對堇青石性能的影響,并考察了不同浸漬次數的催化劑在80～200℃脫硝性能。其結果表明:造孔劑為碳粉且添加量為4%時,得到的堇青石具有良好的性能,此時氣孔率達31.12%,熱膨脹系數為3.10×10-6/K,抗折強度為21.41 MPa;適當的酸處理有助于堇青石表面孔結構的豐富且能大幅提升其比表面積,最佳處理時間為2 h;當浸漬次數為4次時,整體式催化劑的性能最佳,牢固度可達90.18%,在140℃時的脫硝率可達74.5%以上。

3.5 用于VOCs的吸附、富集和濃縮

VOC即揮發性有機化合物,對人體健康有巨大影響。當居室中的VOC 達到一定濃度時,短時間內會感到頭痛、惡心、嘔吐、乏力等,嚴重時會出現抽搐、昏迷,并會傷害到肝臟、腎臟、大腦和神經系統,造成記憶力減退等嚴重后果。陶瓷生產工藝過程存在多個VOCs排放環節。建筑陶瓷企業大部分建有噴墨打印線,所用的陶瓷墨水含有表面活性劑和有機溶劑,在使用過程中會排放VOCs。日用陶瓷生產的烤花工序,貼花紙中的PVC 成分燒失會排放VOCs。特種陶瓷生產的排蠟、排塑工序,使用有機溶劑(石蠟、桐油等)也存在VOCs排放問題。HJ954-2018 排污許可證申請與核發技術規范陶瓷磚瓦工業將施釉工序、其他通風設備排氣筒定義為一般排放口,其污染物為顆粒物,未規定VOCs的排放要求,對烤花等工序也未規定VOCs的排放要求。對于噴墨打印、烤花、排蠟等工序,企業一般會進行廢氣收集并設置了除塵等系統,但大部分未考慮VOCs的預防和治理,僅少數VOCs排放濃度高的企業采用水洗、UV 光解等簡單治理工藝,其效果較差。

去除陶瓷產業VOCs的傳統方法是活性炭吸附+催化燃燒法,原理是利用活性炭的多孔吸附性吸附VOCs,當吸附飽和后,通過熱氣流將原來已經吸附在活性炭孔洞中的VOCs脫附出來,并經過催化燃燒反應轉化成二氧化碳和水蒸氣等無害物質。活性炭孔徑分布較好,價格也便宜,但是卻存在不耐高溫的缺點,尤其是當存在酮類物質時極易燃燒,而且當空氣濕度較大時,也嚴重影響活性炭的吸附性,低溫催化燃燒成本也較高。

劉月穎[13]研究了陶瓷基瓦楞紙片及塊體、陶瓷基分子篩瓦楞紙片的制備。在制備過程中,探討了潤濕劑、干燥方式和分子篩質量分數對陶瓷基紙片及陶瓷基分子篩塊體的影響。最終優化條件為:采用0.15%的OP-10潤濕陶瓷基瓦楞紙,微波干燥,分子篩質量分數不高于23.08%。

開展多孔陶瓷基沸石分子篩膜VOC 吸附材料,平板式或波紋式多孔陶瓷基沸石分子篩膜和分子篩轉輪研究,應用新型多孔陶瓷材料去VOC 將進一步促進陶瓷產業綠色發展。

3.6 用于車間隔音吸聲

2021年12月24日,全國人大常委會會議表決通過了噪聲污染防治法,法律將于2022年6月5日起施行。噪聲污染防治法規定:任何單位和個人都有保護聲環境的義務,同時依法享有獲取聲環境信息、參與和監督噪聲污染防治的權利。噪聲污染防治法還規定:排放工業噪聲的企業事業單位和其他生產經營者,應當采取有效措施,減少振動、降低噪聲,依法取得排污許可證或者填報排污登記表。實行排污許可管理的單位,不得無排污許可證排放工業噪聲,并應當按排污許可證的要求進行噪聲污染防治。同時又規定:實行排污許可管理的單位應當按規定,對工業噪聲開展自行監測,保存原始監測記錄,向社會公開監測結果,對監測數據的真實性和準確性負責。噪聲重點排污單位應當按國家規定,安裝、使用、維護噪聲自動監測設備,與生態環境主管部門的監控設備聯網。

陶瓷產業噪聲污染源主要為:原料破碎機、原料球磨機、泥漿攪拌機,噴霧干燥塔物流輸送帶、抽濕排煙風機、鼓風機,壓磚機成形及布料,窯爐鼓風機、窯爐及干燥窯抽濕排煙風機,磨邊機、拋光機,建筑鼓風機、排風機,空壓機等。采用靜音電機或低噪音風機,對污染源進行隔離,設置消聲器、隔音吸聲罩、隔音吸聲室等措施,采用智能遠程操作系統,讓操作人員在污染源隔離室外工作,對必須進入隔離室工作人員做好必要的勞動防護,譬如佩戴耳塞等措施。

多孔陶瓷吸聲材料包括多孔吸音板、吸音磚、吸音管以及園柱形、六棱形、瓦板形等多孔吸音體。吸聲結構包括吸聲屏、吸聲壁以及吊掛吸聲結構等。主要用在以下3方面:

(1)用于高噪聲的建筑物內,如鍛打車間、沖壓車間、鉚焊車間、鼓風機房、空壓機站等場所作吸聲減噪處理。

(2)用于播音室、電話室、會議室、禮堂等室內消除雜音,改善其音質。

(3)用作阻性消聲器的聲阻材料和雙層隔音壁之間的填充材料,如各類風機消聲器內襯和中間通道吸聲層。

多孔陶瓷的吸聲機理與吸聲特性是:多孔陶瓷為高溫燒結的顆粒狀多孔材料,微孔是以骨料顆粒堆積構成的間隙,有機物燃盡,各種鹽類分解和熔蝕等方法形成的。既有互相連通而交錯的全開口氣孔,又有類似腔室結構的半開口氣孔,為孔穴結構。所以它的吸聲機理也包括兩部分:①它和礦棉、玻璃棉、毛氈、木紙板等纖維狀多孔材料一樣,直接通過微孔管壁的摩擦和空氣的粘滯作用將聲能轉換為熱能耗散掉,這部分主要吸收高頻聲。②類似于微孔共振結構,基于著名聲學家馬大獻教授提出的微孔共振理論,當入射聲波的頻率與微孔中固有振動頻率發生貫振時,消耗聲能量最大,吸聲系數最高[14]。

開孔型多孔陶瓷吸聲性能與顯氣孔率、孔密度、平均孔徑、孔道長度及厚度有關,顯氣孔率和孔密度越高、平均孔徑越小、孔道長度越長和產品越厚,吸聲效果越好。目前多孔陶瓷吸聲產品生產廠家不多,在陶瓷工業的應用仍需要探索,但是作為無機防火防水材料,其優點越來越來突出,相信不久的將來,會在陶瓷生產中普遍應用。

4 應用展望

在陶瓷工業“綠色、節能、環保、低碳”發展方面,多孔陶瓷未來不局限于飲用水凈化、污水處理、煙氣脫硫脫硝、吸聲隔聲、VOCs的吸附、濃縮和去除中發揮作用。多孔陶瓷將在以下幾個領域發揮重要作用:

4.1 綠色智能建筑關鍵性材料

多孔陶瓷作為環保陶瓷材料和功能性陶瓷材料,未來在建筑吸聲隔音、隔音保溫、室內環境凈化、室內環境舒適度調控和感知方面將發揮重要作用,多孔陶瓷必將成為綠色智能建筑關鍵性材料。陶瓷工業使用綠色智能建筑將有利于改善環境,提高企業與社會、企業與員工的和諧度。

4.2 產業可持續發展關鍵材料

多孔陶瓷膜可以用于陶瓷工業固廢和生活垃圾滲濾液處理,從而可以有效防止污染物外排,補全陶瓷工業污染物排放短板,尤其是在重金屬、氟、氯等污染物控制方面將發揮關鍵作用;多孔陶瓷膜在陶瓷工業高溫煙氣綜合處理中必定發揮顯著作用,對進一步降低粉塵、SO2和NOX排放濃度將發揮關鍵作用;多孔陶瓷膜在天然氣純化、脫水、脫二氧化碳、脫硫、脫氨方面將發揮重要作用,對進一步降低SO2、NOX排放濃度和降低管道腐蝕、提高窯爐使用壽命,將發揮關鍵作用;在陶瓷工業污水分類處理、高效回收利用方面,多孔陶瓷濾材和多孔陶瓷陶瓷固廢資源化技術將促進污染物高效回收、利用;在液壓油高精度過濾、回收利用方面,將使得液壓重復使用成為可能,極大降低生產成本,杜絕資源浪費和減少污染環境。

4.3 實現“雙碳”目標的生力軍

多孔陶瓷催化膜用于制氫、光伏發電,多孔陶瓷分子篩膜用于氫吸附、富集、提純、濃縮,用于氧吸附、富集、提純、濃縮,以及用于二氧化碳吸附、富集、提純、濃縮將為陶瓷工業零碳發展提供新能源和負碳發展提供新途徑;陣列式微尺度火焰催化燃燒技術,將為陶瓷工業窯爐、熱風爐零NOX燃燒和深度節能提供可能。

4.4 陶瓷工廠實現真正的“智慧”

多孔陶瓷傳感器精度高,尤其是對環境的感知度高,在“人、機、料、法、環”五大生產要素中,目前的智能工廠僅僅是機器代人,而且工業互聯網由于傳感器的局限也僅發展到人、機互聯階段,對于料和環境的感知還有局限性,多孔陶瓷傳感器將打通“智慧”的最后一個環節,徹底實現無人工廠、環境治愈型工廠。