补充资料：多孔陶瓷及过滤器在过滤技术中的应用

薛友祥　王耀明
摘要
本文系统介绍了多孔陶瓷过滤元件的主要特点及过滤机理, 陶瓷器的组装结构及其在过滤、分离技术中的应用。
1 概述
　　多孔陶瓷是一种以耐火原料为骨料, 配以结合剂等经过高温烧结而制成的陶瓷过滤材料, 其结构内部具有大量惯通的可控孔径的微细气孔。它除具有耐高温、高压、耐酸、碱腐蚀等特性外, 还具有孔径均匀, 透气性高等特点, 因此可广泛用做过滤、分离、布气和消音材料。国外自五十年代起, 就开始应用多孔陶瓷做过滤元件进行上、下水净化, 矿泉水除菌, 含油气体净化等。到目前, 产品已标准化, 系列化。国内对多孔陶瓷在过滤技术中的应用研究虽起步较晚, 但目前以多孔陶瓷作为过滤元件组成的陶瓷过滤器, 在各行业的分离, 净化领域中已得到较全面的推广应用。如石化行业中液一固, 气一固分离, 制药、酿造行业中的无菌净化处理, 环保行业中高温烟气除尘等。目前, 陶瓷过滤器以其独特的功能特性, 在各分离, 净化领域中已成为一种不可替代产品。
2 多孔陶瓷过滤元件。
2.1 多孔陶瓷过滤材料性能。
　　多孔陶瓷材质、规格种类繁多。其中国外生产的多孔陶恣材料材质主要有硅酸铝质, 粘土质、刚玉质、石英质、碳化硅质和硅藻土质等。国内生产的主要有刚玉质、石英质和硅藻土质。其主要性能如表一。
 
　　孔径: 表明制品开口气孔大小, 这里是指制品的最大开口直径。多孔陶瓷过滤元件孔径可分为1、5、10、20、30、50、80、100、120、150、200、250、300Lm 系列。
气孔率.: 制品中开口气孔体积占总体积百分比V 开口/V 总×100%.
透气性K: 是指1mmH2O 压差下, 在单位时间lh 内通过厚度lcm , 面积1m 2 的多孔陶瓷的干式气体量(m 3)。
耐酸性: 多孔陶瓷制品经20% 硫酸溶液煮沸1h 后其弯曲强度与腐蚀前弯曲强度比。
耐碱性: 多孔陶瓷制品经20%N aOH 溶液煮费1h 后, 其弯曲哟度与腐蚀前弯曲强度百分比。
耐温性: 多孔陶瓷制品抵抗温度变化而不破坏的能力。
2.2　多孔陶瓷过滤材料主要特点。
与其它过滤材质相比, 多孔陶瓷作为过滤材料具有如下特点。
1) 　多孔陶瓷过滤材料孔隙率高, 最高可达60% 以上。孔径均匀且易于控制。过滤精度高, 可达011Lm, 适用于各种介质精密过滤。
2) 　耐酸碱性好。可适用强酸(硫酸, 硝酸,盐酸) , 强碱(氢氯化钠等) 和各种有机溶剂的过滤。
3) 　机械强度高, 工作压力可达6M Pa , 压差可达1M Pa。
4) 　耐高温, 具有良好的急热急冷性能, 工作温度最高可达800℃。适用于各种高温气体过滤。
5) 　过滤元件自身清洁状态好, 无毒、无味, 无异物脱落, 可适用于无菌处理操作。
6) 　过滤元件使用寿命长, 长期使用, 微孔形貌不发生变化, 便于清洗再生。
2.3　多孔陶瓷过滤元件过滤原理
　　多孔陶瓷的过滤是集吸附, 表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式。坚于液一固, 气一固系统的过滤与分离来讲, 其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。如图一所示。
惯性冲撞: 流经多孔陶瓷过滤元件微孔孔道的流体中的杂质颗粒, 由于惯性而与微孔孔道壁接触而被捕捉。惯性冲撞与杂质颗粒直径
 
的平方成正比, 与流速及流体粘度成反比。扩散: 杂质颗粒由于布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触, 从而被捕捉。扩散捕捉和流速及流体粘度成反比。
截留: 杂质颗粒由于比微孔孔道大而被捕捉, 属表面过滤。截留只与杂质颗粒的大小有关, 而与流速, 流体粘度没有关系。
　　当流体流经多孔陶瓷过滤元件时, 大于过滤元件微孔径的颗粒被截留在表面形成滤饼层, 小于多孔陶瓷陶瓷孔径的颗粒由于惯性和受布朗运动影响而离开流线和微孔道壁接触,仍有部份颗粒被截留在表面或沉积在多孔陶瓷孔道内。由于多孔陶瓷微孔通道迂回曲折, 加上流体介质在多孔陶瓷表面形成的架桥效应及惯性冲撞和布朗运动影响, 因此其过滤精度要比本身孔径高的多。如10Lm 孔径多孔陶瓷过滤元件, 当过滤介质为液体时, 其过滤精度为1Lm 当过滤介质为气体时, 其过滤精度达0.5Lm。

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