廢水、廢氣的排放嚴(yán)重影響著生產(chǎn)生活,已成為世界各地人民日益關(guān)注的一大環(huán)境問題。具有多種優(yōu)良性能的陶瓷材料,不僅對(duì)城市環(huán)境水環(huán)境污染和大氣污染治理有著十分廣泛的應(yīng)用。陶瓷與環(huán)保有著許多共同點(diǎn),對(duì)于環(huán)境的保護(hù)具有至關(guān)重要的作用,陶瓷的保護(hù)也十分重要。
多孔陶瓷具有優(yōu)異的熱特性(熱膨脹、熱傳導(dǎo)、熱擴(kuò)散等)、機(jī)械特性(彈性模量、強(qiáng)度等)、抗化學(xué)腐蝕性以及質(zhì)輕等特性，近年在環(huán)境保護(hù)中廣泛應(yīng)用，例如各種過濾器 (氣體分離、固體分離、除菌、除塵等)、催化載體、吸音材 料、輕質(zhì)建材、絕熱材料等。
排氣凈化用多孔性堇青石蜂窩陶瓷
美國(guó)于上世紀(jì) 70 年代，針對(duì)大氣污染嚴(yán)重的汽車排氣制定了劃時(shí)代的馬斯基法。該法至今仍是汽車排氣規(guī)定的重要基礎(chǔ)。目前，排氣中的 HC、CO、NOx 的量比未規(guī)定時(shí)減少約 1/10，今后的目標(biāo)是減少到現(xiàn)狀的 1/3 水平。
中國(guó)的一些大城市，如北京、廣州、上海都相繼出臺(tái)了汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。汽車尾氣凈化器采用薄壁堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷載體，載體表面涂覆貴金屬、稀土元素、過渡金屬等復(fù)合制成的催化劑，將汽車尾氣中的 CO、HC、NOx 等有害成分，通過催化分解變成無害的 CO2、H2O 和 N2 等氣體，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)品具有尺寸規(guī)整、比表面積大、導(dǎo)熱快、抗壓強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、熱穩(wěn)定性好等性能。蜂窩陶瓷以及催化劑的開發(fā)對(duì)汽車排氣凈化作出了很大的貢獻(xiàn)。汽車尾氣凈化器用蜂窩陶瓷要求材質(zhì)膨脹系數(shù)低、耐溫性好，因此堇青石是首選材質(zhì)。催化劑多以貴金屬 Pt、Rn、Pd 等組成，我國(guó)還開發(fā)了稀土氧化物催化劑。
堇青石蜂窩陶瓷的氣孔率一般在 20%～60%，標(biāo)準(zhǔn)氣孔率為 35%。一般堇青石蜂窩體網(wǎng)眼密度有 400 孔和 600 孔兩類，壁厚分別為 6 密耳 (150μm)和 4 密耳(100μm)。目前正在開發(fā) 900 孔及壁厚為 2 密耳(50μm)的堇青石蜂窩體。堇青石蜂窩陶瓷的孔壁向薄型化發(fā)展的同時(shí)，其蜂窩體的直徑向大型化發(fā)展，即最大直徑從 100mm 向150mm、300mm 發(fā)展，以提高效率并適應(yīng)大排氣量的凈化需要。這種大型堇青石蜂窩陶瓷凈化器已在大型載重汽車、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上得到應(yīng)用，也適用于壓縮天然氣 (CNG)發(fā)動(dòng)機(jī)或乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化。
多孔質(zhì)碳化硅
柴油清潔排放系統(tǒng)的關(guān)鍵材料是純 SiC 蜂窩陶瓷材料。這是目前唯一能滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩陶瓷。它可以清除汽車尾氣排放中 96.5%以上的顆粒，包括極細(xì)的微粒。使汽車尾氣排放顆粒率指標(biāo)達(dá)到歐Ⅳ以上的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也廣泛 應(yīng)用于其它領(lǐng)域，如廢氣、廢煙環(huán)保處理。捕集器采用蜂窩式結(jié)構(gòu)，它的工作原理為：在兩端設(shè)有獨(dú)立的敞開與堵塞的通道，廢氣從敞開的一端進(jìn)入，穿越多孔的蜂窩壁，然后從相鄰?fù)ǖ琅懦觯瑹熁翌w粒由于過大，而無法穿越壁孔，因而被收集在通道壁上，而不會(huì)被排放到空氣中。該捕集器將會(huì)定期再生和加熱，以消除煙灰，從而保持清潔。
(1) 多孔 SiC 的特點(diǎn)。多孔 SiC 具有均勻的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);氣孔率高，可達(dá) 85%，有大的連續(xù)孔;導(dǎo)電性好，壓力損失小;通電可發(fā)熱 (比電阻小，室溫 1～2Ω·cm);耐溫高，可達(dá) 200℃;導(dǎo)熱率高，6～8W/m·K;優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕性;切割、鉆孔等冷加工容易;與流體的接觸面積大。
(2) 多孔 SiC 的用途。1)用于柴油機(jī)油煙捕集過濾器：柴油機(jī)的排氣中含有浮游顆粒物質(zhì)和 NOx， 他們是造成大氣污染的原因之一。多孔 SiC 捕集過濾效率比堇青石蜂窩陶瓷要好。2) 用于廢氣處理：家庭和飲食店廚房從排氣口排出的煙和油霧等廢氣也是大氣污染源之一。對(duì)于這類廢氣的處理，可在排氣口裝多孔 SiC 分器，通電加熱(< 400℃)廢氣就可分解。3)作為催化劑載體：因?yàn)槎嗫?SiC 導(dǎo)熱率高、化學(xué)穩(wěn) 定性好，所以可用作催化劑載體。
陶瓷分離膜
陶瓷膜是以無機(jī)陶瓷材料經(jīng)特殊工藝制成的非對(duì)稱膜，呈管狀及多通道狀，管壁密布微孔。它主要是依據(jù)“篩分”理論，根據(jù)在一定的膜孔徑范圍內(nèi)滲透的物質(zhì)分子直 徑不同則滲透率不同，在壓力作用下，原料液在膜管內(nèi)或膜外側(cè)流動(dòng)，小分子物質(zhì)(或液體)透過膜，大分子物質(zhì)(或固體)被膜截留而達(dá)到分離、濃縮、純化和環(huán)保的目的。
陶瓷分離膜技術(shù)與先前的分離技術(shù)相比具有小型化、節(jié)能、維護(hù)管理方便等特征。陶瓷膜的耐久性、抗化學(xué) 腐蝕性、耐熱性及強(qiáng)度比一般有機(jī)膜優(yōu)異。陶瓷膜的材質(zhì)主要有 A12O3、ZrO2、TiO2 、 SiO2 和 SiC 等，氣孔率達(dá) 40%～50%，抗彎強(qiáng)度>35MPa。根據(jù)制備工藝不同，膜孔的孔徑可以做到 40nm~15μm，適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。將一些單個(gè)分離膜用收集水的頂蓋把膜的端部組合起來的整體稱為分離膜組件。隨無機(jī)膜制膜技術(shù)的快速發(fā)展，分離膜的適用范圍從超純水制造、藥品、食品領(lǐng)域發(fā)展到各種排水處理領(lǐng)域。在水處理時(shí)，可以反沖洗及化學(xué)試劑強(qiáng)力洗凈，所以過濾器的恢復(fù)性好，能夠長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
浸漬型陶瓷分離膜裝置適用于水處理，也可以在反應(yīng)槽內(nèi)進(jìn)行活性污泥處理。把活性污泥法與浸漬型膜處理組合工藝稱為 BIOREM;把凝聚法與浸漬型膜處理組合工藝稱為 FILCERA，其分離過程是：把陶瓷分離膜組件浸漬在反應(yīng)槽內(nèi)，從其下部鼓氣，將攪拌氣泡上升流提供給膜表面，然后除去在陶瓷膜外側(cè)形成的粘結(jié)層(濾餅)等附著物。FILCERA 工藝可用于凈水處理，BIOREM 工藝可用于下水處理、小規(guī)模下水及合并凈水槽、農(nóng)村積水排水處理以及有機(jī)系工業(yè)廢水處理等方面。
