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多孔氧化铝陶瓷的应用

时间:2022-05-08 19:53:34  来源:  作者:

1.催化剂载体材料

多孔氧化铝陶瓷由于具有优异的耐热性、高硬度和优异的化学稳定性,被认为是理想的催化剂载体,并大量应用在工业生产中,如自行车、缝纫机等行业。而多孔氧化铝陶瓷也常用作于汽车尾气净化催化剂的载体,设计为蜂窝状,用以改进氧化铝颗粒状载体的不足。氧化铝颗粒状载体主要为球形,其材料为活性氧化铝(主要指γ-Al2O3)。在实际应用中,由于γ-Al2O3 载体密度大,热容量高、暖机性能差,加上装填方式为堆积式,易导致发动机排气阻力增大、背压大、油耗上升、功率下降,且在转化器中易磨损粉化,造成二次污染。而多孔氧化铝陶瓷制备的整体式载体则很好弥补了以上的缺点。

多孔氧化铝陶瓷除了可以作为汽车尾气净化催化剂载体,在生物领域,也常被作为蛋白质或细胞的载体,因其与生物体本身不产生排斥,并且不易污染或诱导蛋白质或细胞发生变性。一般医学工业、化学工业、食品工业等会优先选用孔径低于 0.1μm 的多孔氧化铝陶瓷作为固定酶用载体;当需要吸收或粘合酶。抗体等蛋白质时,一般选用的多孔氧化铝陶瓷孔径为 0.2μm。而当气孔孔径大于 1μm 时,多孔氧化铝陶瓷固定的对象一般为活细胞,此时多孔氧化铝陶瓷作为载体的可应用范围就很广泛了,几乎囊括所有需要利用细胞通过新陈代谢产生作用的行业,其中包括作为固定废物排毒过程中的所需微生物的载体、作为医学、化工、食品等行业中生物转变的进行场所等。

2.传感器材料

多孔氧化铝陶瓷可被用作湿度传感器,其工作原理在于空气中夹杂的水分吸附到多孔氧化铝陶瓷表面会引起陶瓷本身电导的变化,因此空气湿度越大,多孔氧化铝陶瓷吸附的水层则越厚,传感器的电导也将越大,因此可以根据材料电导的大小来推断周围环境的湿度。

3.熔融金属过滤

多孔氧化铝陶瓷材料故有的耐高温性和耐腐蚀性使其即使在温度高达 1000℃以上的恶劣环境下也可以持续工作很长时间。因此多孔氧化铝陶瓷常被制备成陶瓷过滤网,应用于铁、铝等熔融金属液的过滤。而多孔氧化铝陶瓷材料在工作中除了能保证金属熔融液体中的杂质被大幅度过滤的同时,其优良的高温化学稳定性和耐腐蚀性使其自身不受杂质与金属熔融液体的污染,得以被重复利用,是一种性能优良的绿色环保材料。

在实际生产应用中,多孔氧化铝陶瓷作为过滤网过滤钢铁熔融液,不但能够滤去钢水中杂质以及氮氧化合物等,同时可以大大提高钢铁本身的内在性能。国内外开发的多孔氧化铝陶瓷过滤器件按照不同结构种类可划分为颗粒形状、网结构型、芯型、蜂窝状和泡沫等。

4.液体过滤

利用多孔氧化铝陶瓷气孔率高的特点,可将多孔氧化铝陶瓷制备成液体过滤器件。在当今技术手段的支持下,多孔氧化铝陶瓷在一定程度上已经可以实现孔径可控,可以根据现实需要将其制备成孔径为几微米到几十微米不同的过滤器件,由于过滤水中的杂质、重金属离子、细菌、微生物等,对水可以起到抗菌、杀毒的效果。Jonsson Petermson等制备出了孔径为 200nm 的多孔氧化铝膜,用于处理造纸污水时可以使化学耗氧量去除率达到 25-45%。王怀林等人研制出来了多孔氧化铝膜和多孔氧化铝膜,用于处理石油分离器出口处污水有良好的效果。

5.其他应用

除了上述应用外,多孔陶瓷还被用作光触媒载体。光触媒是一种纳米级金属氧化材料(如二氧化钛等),将它涂覆在多孔陶瓷材料表面后,当光触媒材料受到光作用后,会产生催化氧化降解功能,可以有效降解空气中的有毒有害气体,还有杀菌除菌功效。对比传统常用的载体材料,如活性炭毡、活性炭海绵、铝蜂窝、金属丝网等,多孔陶瓷材料对光触媒材料有更好的附着力,使其不易脱落,增长使用寿命。此外多孔陶瓷材料可以用于辐射活化,如金宗哲等采用稀土废料制备微米级多孔陶瓷,利用引入的稀土元素具有的辐射作用,可以对水或其他物质起到活化作用,达到节能减废的目的。


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