國內(nèi)最早開展多孔陶瓷材料研究始于上世紀70年代初,山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院先后采用一種熱澆注成型工藝研制開發(fā)了石英質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋁礬土質(zhì)等多孔陶瓷制品,這種多孔陶瓷材料具有10~200um可控孔徑、氣孔率25%~40%,具有良好的耐酸性和耐堿性性能,產(chǎn)品以管狀制品為主,主要用于一些氣體過濾和液體過濾等。進入90年代,該院采用涂層技術(shù),又開發(fā)了一種具有孔梯度結(jié)構(gòu)的陶瓷微濾膜過濾材料。這種陶瓷微濾膜材料是在原有剛玉質(zhì)多孔陶瓷材料基礎(chǔ)上,通過在材料外表面或內(nèi)表面采用噴涂、浸漬、燒結(jié)技術(shù)涂覆一層孔徑0.5~30um、厚度100~300um的均勻氧化鋁膜過濾層,其中剛玉質(zhì)多孔陶瓷材料作為膜支撐體,具有較高機械強度、較大孔徑(60~150um)和較小的過濾阻力。與傳統(tǒng)多孔管陶瓷材料相比,這種具有孔梯度結(jié)構(gòu)的陶瓷膜材料具有過濾精度高、過濾阻力小、清洗再生效果好等優(yōu)點,實現(xiàn)了傳統(tǒng)多孔陶瓷材料技術(shù)升級。
90年代后期,隨著國外陶瓷超濾膜、納濾膜技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)相關(guān)單位也開始開展了用于錯流過濾的多通道陶瓷材料的研究開發(fā)工作。其中,南京工業(yè)大學(xué)研究團隊,最早完成了多通道陶瓷微濾膜、超濾膜、納濾膜的研究開發(fā)工作。這種多通道陶瓷膜材料主要是以高純氧化鋁(或剛玉砂)為原料,首先采用擠出成型工藝制備孔徑3~5um多通道(包括單通道、7通道、19通道、37通道等)管狀陶瓷膜支撐體,然后在支撐體通道內(nèi)表面采用粒子燒結(jié)工藝或溶膠-凝膠工藝制備一層或多層膜過濾層,膜層孔徑從0.8um到幾個納米不等,膜層材料主要有氧化鋁質(zhì)、氧化鈦質(zhì)、氧化鋯質(zhì)或其復(fù)合材料。特殊的通道結(jié)構(gòu)設(shè)計、光滑的膜表面、較高進一步拓寬了產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。目前,國內(nèi)在多通道陶瓷膜材料的研究及開發(fā)應(yīng)用方面已達到較高水平,在膜材料制備、抗污染性能研究、膜材料修飾與復(fù)合技術(shù)、應(yīng)用開發(fā)方面也都取得了較大進展,多通道陶瓷膜材料在目前國內(nèi)陶瓷膜材料領(lǐng)域占有較大比重。
進入21世紀以來,隨著國家節(jié)能減排政策實施,高溫氣體凈化技術(shù)對先進膜過濾材料的需要,具有耐高溫、耐高壓、過濾效率高、適用范圍廣的高溫陶瓷膜材料引起國內(nèi)重視。山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院也在多年從事陶瓷膜材料研究開發(fā)基礎(chǔ)上,從上世紀90年代末開始,開展了高溫陶瓷膜材料的研究開發(fā)工作。先后采用熱澆注成型工藝、擠出成型工藝以及等靜壓成型工藝先后完成了剛玉質(zhì)、堇青石質(zhì)以及碳化硅質(zhì)陶瓷及陶瓷纖維復(fù)合膜材料的研究開發(fā)。其中以多孔堇青石陶瓷材料為支撐體,以莫來石-硅酸鋁纖維為復(fù)合膜過濾層的堇青石質(zhì)陶瓷纖維復(fù)合膜材料與其它多孔陶瓷材料相比,具有氣孔率高、過濾阻力小體積密度小、耐高溫性能優(yōu)良等優(yōu)點,可用于700℃以下各種高溫氣體(煙塵)凈化,過濾精度小于1um,過濾阻力小于2000Pa,凈化后氣體雜質(zhì)濃度一般小于10mg/N·m3。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于冶煉、建材、焚燒爐等高溫?zé)焿m凈化領(lǐng)域。另一種高溫陶瓷膜過濾材料為碳化硅基陶瓷纖維復(fù)合膜材料,它是以先進的冷等靜壓近凈尺寸成型工藝首先制備高溫碳化硅陶瓷膜支撐體,以多晶莫來石短切纖維、剛玉砂等為原料,采用噴涂和燒結(jié)工藝在多支撐體表面形成一層均勻的陶瓷纖維復(fù)合分離膜層,膜層孔徑可以控制在5~20um,厚度100~200um。通過支撐體層和膜分離層不同孔結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以獲得不同機械性能、不同微孔性能的高溫膜分離材料。這種高溫碳化硅基纖維復(fù)合膜過濾材料使用溫度可以達到900℃,工作壓力可以達到幾個兆帕,過濾精度可以達到0.2um,過濾后氣體雜質(zhì)濃度可以達到5mg/N·m3以下。產(chǎn)品可廣泛用于各種高溫、高壓氣體凈化,如煤化工領(lǐng)域高溫粗煤氣凈化、多晶硅、有機硅、石油化工領(lǐng)域高溫合成氣凈化等。