蜂窩陶瓷是近三十年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種結(jié)構(gòu)似蜂窩形狀的新型陶瓷產(chǎn)品。由最早使用在小型汽車(chē)尾氣凈化到今天廣泛應(yīng)用在化工、電力、冶金、石油、電子電器、機(jī)械等工業(yè)中，而且越來(lái)越廣泛，發(fā)展前景相當(dāng)可觀。
材料簡(jiǎn)介
蜂窩陶瓷無(wú)數(shù)相等的孔組成的各種形狀，目前最大的孔數(shù)已達(dá)到了每平方厘米20～40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高達(dá)20%以上。由于多孔薄壁的特點(diǎn)，大大增加了載體的幾何表面積和改善了抗熱沖擊性能，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品，其網(wǎng)狀孔以三角和四方為主，三角比四方承受力好得多，孔數(shù)也多些，這一點(diǎn)作為催化載體尤其重要。隨著單位面積孔數(shù)的提高和載體孔壁厚度的減少，陶瓷載體的抗熱沖擊趨勢(shì)是提高的，熱沖擊破壞的溫度也是提高的。因此蜂窩陶瓷必須要降低膨脹系數(shù)和提高單位面積的孔數(shù)。熱膨脹系數(shù)是主要性能指標(biāo)，當(dāng)前國(guó)外水平是α25－800℃≤1.0×10－6℃－1，與國(guó)內(nèi)對(duì)比有一定差距，不過(guò)這差距越來(lái)越小。最早生產(chǎn)蜂窩陶瓷的原料主要是高嶺土、滑石、鋁粉、粘土等，而今天已突破了，尤其是硅藻土、沸石、膨脹土以及耐火材料的應(yīng)用，蜂窩陶瓷應(yīng)用日益廣泛，性能越來(lái)越好。
除了用于燒結(jié)成型的蜂窩陶瓷外，還出現(xiàn)了不燒結(jié)的蜂窩陶瓷，這大大提高了催化性能的活性。不僅外觀尺寸由最小的球環(huán)形狀發(fā)展到大尺寸的立柱和方形和圓形。根據(jù)模具設(shè)計(jì)的不同；可以制作成不同尺寸不同形狀不同結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷。如用在石化行業(yè)煉油空氣吸附干燥的分子篩催化劑，尺寸高達(dá)0.8m，寬0.25m的正方形，孔數(shù)每平方厘米達(dá)到25，從原料、工藝以及機(jī)械制造方面都有了很大的變化。尤其是生產(chǎn)工藝有了很大提高。作為催化劑的蜂窩陶瓷要求在制造成型時(shí)不開(kāi)裂，有機(jī)成分必須釋放干凈，除了耐磨性能外還要求有一定的機(jī)械強(qiáng)度，再生回用多次。
蜂窩陶瓷主要產(chǎn)品有蓄熱填料、活性炭、活性氧化鋁球、分子篩、瓷料球、塔填料和催化劑等數(shù)十種產(chǎn)品，蓄熱填料的蜂窩陶瓷熱容量J/kgk1000以上，使用溫度≥1700℃，在加熱爐、烘烤器、均熱爐、裂解爐等窯爐中可節(jié)省燃料達(dá)40%以上，產(chǎn)量提高15%以上，排放煙氣溫度低于150℃。
活性炭粉末或顆粒制成蜂窩陶瓷形狀后，大大提高了水處理的凈化和廢水處理能力，尤其在醫(yī)藥工業(yè)中抗菌素、激素、維生素、核酸針劑及各種針劑，藥物等的脫水脫色去雜質(zhì)等。
蜂窩陶瓷填料比其它形狀填料的比表面積更大，強(qiáng)度更好等優(yōu)點(diǎn)，可使汽液分布更均勻，床層阻力降低，效果更好，且可延長(zhǎng)使用壽命，在石化、制藥和精細(xì)化工行業(yè)中作填料效果相當(dāng)好。
蜂窩陶瓷用在催化劑方面更具優(yōu)勢(shì)。以蜂窩狀陶瓷材料為載體，采用獨(dú)特的涂層材料，以貴金屬，稀土金屬及過(guò)渡金屬制備，因而具有高的催化活性，良好的熱穩(wěn)定性，長(zhǎng)的使用壽命，高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。
用于催化裂化的蜂窩陶瓷正在取代現(xiàn)有的產(chǎn)品。催化裂化用200～500℃之間的重餾分油為原料（包括減壓病餾分，直餾輕柴油、焦化蠟油等），以硅鋁酸鹽為催化劑，反應(yīng)溫度在450～550℃之間（隨反應(yīng)器類(lèi)型而異）。它產(chǎn)量大（每個(gè)大型催化裂化裝置，每年裂化油品百萬(wàn)噸以上），技術(shù)條件要求高（例如，催化劑每接觸油幾分鐘甚至幾秒鐘就要再生，每分鐘流過(guò)流化床催化劑達(dá)10t或更多）隨著催化活性的提高，為了加快再生速度，要求更加苛刻的再生條件。例如600～650℃，甚至700℃，催化劑消耗量大，每噸進(jìn)料油消耗0.3～0.6kg催化劑，催化劑力學(xué)強(qiáng)度差的，消耗的還要大得多。這要求著催化劑活性、選擇性、穩(wěn)定性的稍微提高，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際將具有重大意義。正因?yàn)槿绱?，蜂窩陶瓷催化劑也在不斷推陳出新，市場(chǎng)需求也越來(lái)越大，這些催化裂化用的催化劑被蜂窩陶瓷催化劑所代替，大尺寸多孔數(shù)的蜂窩陶瓷催化劑已嶄露頭角，有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。
材料特點(diǎn)
蜂窩陶瓷的特點(diǎn)：環(huán)保陶瓷陶瓷材料由于其高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨等特異性能可廣泛應(yīng)用于各種環(huán)保領(lǐng)域，如汽車(chē)尾氣排放等。
1、用于微過(guò)濾、超過(guò)濾和納過(guò)濾用的多孔超薄陶瓷和聚合陶瓷薄膜陶瓷無(wú)機(jī)膜的發(fā)展始于世紀(jì)美國(guó)科學(xué)家首次采用多孔陶瓷膜來(lái)分離腐蝕性極強(qiáng)的UF6同位素。由于SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiC、UC等無(wú)機(jī)化合物硅酸鹽材料制備的無(wú)機(jī)膜具有聚合物有機(jī)薄膜無(wú)法比擬的優(yōu)越性，21世紀(jì)起，無(wú)機(jī)陶瓷薄膜的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究得到了更進(jìn)一步的發(fā)展，除了傳統(tǒng)的中核集團(tuán)、航空航天、食品工業(yè)、化工、生物等工業(yè)，在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展特別引起了世界各國(guó)的重視。
德國(guó)茵萊精密陶瓷有限公司已研發(fā)出具世界領(lǐng)先水平的用于微濾(1?m至30nm)、超濾(30nm至3nm)和納濾(3nm至0.9nm)用的多孔陶瓷薄膜，并已開(kāi)發(fā)出多種規(guī)格和用途的工業(yè)實(shí)際應(yīng)用成套分離和過(guò)濾裝置，如對(duì)含放射性物質(zhì)廢水的三級(jí)陶瓷膜過(guò)濾凈化處理裝置。這種用于微濾、超濾、納濾用的多孔陶瓷薄膜是一種進(jìn)行物質(zhì)分離和能量傳輸?shù)闹虚g介質(zhì)隔膜，薄膜根據(jù)實(shí)際需要制成所需孔徑(微米級(jí)、亞微米級(jí)和納米級(jí)微孔)，所有薄膜都有界定的阻斷過(guò)濾值，如超濾（用于對(duì)諸如乳膠濁液的清理、消毒滅菌和其它化學(xué)物質(zhì)的純化）和納濾(用于固化微生物和細(xì)胞的生物陶瓷載體，固化后的生物膜用來(lái)生產(chǎn)如蛋白和新型冠狀病毒疫苗這樣的生物活性物質(zhì))。其中，我司的0.9nm孔徑納濾膜是目前世界已知最小孔徑的納濾陶瓷膜，阻斷過(guò)濾值小至450g/摩爾，如果界定的阻斷過(guò)濾值為<1000g/mol，試驗(yàn)證明可以對(duì)SO42－的阻止高達(dá)90%。
多孔陶瓷載體是上述三種陶瓷過(guò)濾膜的基礎(chǔ)，并決定過(guò)濾組件的形狀和陶瓷膜面積大小。我司開(kāi)發(fā)的過(guò)濾組件在高至450°C的溫度和60巴大氣壓的環(huán)境下能完全正常工作，可用各種酸堿液或蒸汽高溫沖洗。這些陶瓷載體通過(guò)不同生產(chǎn)工藝制造出平板形、毛細(xì)管形、單孔道、多孔管道等。平板載體厚度1mm，需要時(shí)可用陶瓷粘接技術(shù)將多個(gè)盤(pán)形體層黏在一起。毛細(xì)管陶瓷載體的直徑可小至1.1mm。多孔管道陶瓷載體的尺寸大小不一(22孔道載體的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為寬101mm，厚6mm，孔道直徑3mm)。載體的具體形狀、尺寸大小取決于陶瓷薄膜面積和分離過(guò)濾用途，并與不銹鋼套體結(jié)合一起使用。
薄膜中間隔有一或數(shù)層多孔陶瓷體，用特別的工藝鍍膜在粗糙的多孔陶瓷基體上，陶瓷基體可以是多種形狀的平面或管道，其制備依據(jù)分離要求可用溶膠－凝膠工藝、發(fā)泡工藝、有機(jī)泡沫浸漬工藝、添加造孔劑工藝等備制。分離膜兩邊的物質(zhì)粒子由于尺寸大小、擴(kuò)散系數(shù)或溶解度的差異等，在一定力差、濃度差、電壓或化學(xué)位差的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生傳質(zhì)過(guò)程。傳質(zhì)速率的不同會(huì)導(dǎo)致選擇性透過(guò)，進(jìn)而引起混合物的分離。
我司擁有目前世界上已知的所有納米陶瓷鍍膜工藝技術(shù)，包括溶膠鍍膜技術(shù)。常規(guī)的涂層技術(shù)如浸涂、噴涂、旋轉(zhuǎn)涂等也可用來(lái)制作溶膠薄膜，然后通過(guò)燒制或固化將這層溶膠薄膜轉(zhuǎn)化成陶瓷膜。各種鍍膜技術(shù)適合不同產(chǎn)品用途，含水多的溶膠鍍膜技術(shù)生成一種所謂的膠態(tài)溶液，其離散顆粒受表面荷質(zhì)比影響非常穩(wěn)定。溶膠層在400°C－600°C溫度燒制，可以生成TiO2、ZrO2和γ－Al2O3這樣的間隙多孔薄膜，非常適合超過(guò)濾用途。通過(guò)可控水解生成帶自由羥基的齊聚物聚合溶液，這種生成過(guò)程可以通過(guò)加入一定量的水或加入某種抑制水分解的絡(luò)合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，羥基通過(guò)縮聚作用在200°C－500°C度時(shí)固化，形成陶瓷微孔網(wǎng)狀系統(tǒng)。由此可制成適用于納濾和納米級(jí)氣體分離的TiO2、ZrO2、Al2O3和SiO2無(wú)定形微孔陶瓷膜。
我司研制出的納米過(guò)濾薄膜，其孔結(jié)構(gòu)與以粒子間孔結(jié)構(gòu)為特征的微過(guò)濾和超過(guò)濾薄膜不同，是一種無(wú)單個(gè)粒子的不定形無(wú)組織微孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)聚合溶膠技術(shù)鍍膜而成。開(kāi)發(fā)的陶瓷薄膜在制備時(shí)是根據(jù)要過(guò)濾和分離物質(zhì)的大小的具體需要特制成所需孔徑和孔隙數(shù)量，故每一薄膜根據(jù)用途的不同而都有界定的阻斷過(guò)濾值，即這種陶瓷薄膜的孔徑和孔隙數(shù)量可根據(jù)用途不同在制備時(shí)予以調(diào)整。另外，陶瓷薄膜技術(shù)是以物理原理為基礎(chǔ)的，無(wú)需化學(xué)品的輔助，沒(méi)有二次污染，效率高，能耗低，操作簡(jiǎn)易。化學(xué)穩(wěn)定性非常好，耐腐蝕、耐高溫、結(jié)構(gòu)造型穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高，能經(jīng)受高速粒子粉塵的沖擊，可在高壓高溫和腐蝕環(huán)境中應(yīng)用，有利于提高流通量，并可有效地對(duì)陶瓷薄膜進(jìn)行酸堿、高壓反沖和高溫蒸汽清洗。采用我司陶瓷膜的液相和氣體分離成套工業(yè)應(yīng)用設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用在包括中核集團(tuán)、航空航天、食品工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等眾多實(shí)際工業(yè)領(lǐng)域中，包括對(duì)放射性廢水的凈化處理、聚合物薄膜與陶瓷薄膜結(jié)合的抑制和排除蛋白的超過(guò)濾凈化、用于凈化處理含重金屬和有機(jī)化合物廢水的陶瓷薄膜生物反應(yīng)器、凈化處理軋乳液的陶瓷薄膜超過(guò)濾凈化裝置、對(duì)生產(chǎn)玻璃纖維產(chǎn)生的廢水的兩級(jí)薄膜過(guò)濾凈化處理裝置等等。
陶瓷薄膜在環(huán)保中的過(guò)濾和分離應(yīng)用范圍非常廣。在對(duì)紡織或印染廠(chǎng)的有色廢水經(jīng)陶瓷薄膜凈化過(guò)濾處理時(shí)，不僅可清除各種有害化學(xué)物質(zhì)，也可以對(duì)溶入水中的化學(xué)色劑分子進(jìn)行分離回收并再次循環(huán)實(shí)用。薄膜陶瓷也可以通過(guò)將可溶金屬離子轉(zhuǎn)化成非溶性金屬碳酸根來(lái)減少工業(yè)廢水中的重金屬，當(dāng)薄膜上的金屬碳酸鹽堆積到一定量時(shí)對(duì)其進(jìn)行沖洗然后用另一過(guò)濾器回收，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。
由于納米孔徑級(jí)陶瓷薄膜的發(fā)展和應(yīng)用，使采用無(wú)機(jī)化合物陶瓷薄膜對(duì)含低分子有機(jī)污染物、重金屬離子、表面活性劑廢水的處理成為可能。故薄膜陶瓷不僅在凈化生活用水、處理工業(yè)用水和廢水等環(huán)境治理方面，同時(shí)在冶金、化工、食品、醫(yī)藥、生物技術(shù)等領(lǐng)域都有著極好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。茵萊精密陶瓷有限公司的陶瓷溶膠鍍膜及各種溶膠和納米復(fù)合薄膜的生產(chǎn)完全是在公司超凈廠(chǎng)房?jī)?nèi)進(jìn)行的(等級(jí)10/100±5%；室溫：±1°C)。不僅研發(fā)、生產(chǎn)各種薄膜，同時(shí)可為客戶(hù)研發(fā)設(shè)計(jì)適合客戶(hù)特定產(chǎn)品的陶瓷薄膜和過(guò)濾分離系統(tǒng)集成。
2、陶瓷觸媒我公司開(kāi)發(fā)的陶瓷催化或觸媒技術(shù)和產(chǎn)品在工業(yè)廢氣和廢水凈化處理中的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。催化體的化學(xué)組成及設(shè)計(jì)因具體實(shí)際應(yīng)用而各不相同，其幾何體和形狀可以多種多樣，如蜂窩瓷、顆粒陶瓷、球形陶瓷、多孔或單孔管道陶瓷等。典型的陶瓷材料有：堇青石、莫來(lái)石、塊滑石、高鋁、碳化硅、二氧化鈦、二氧化鋯、電剛玉、沸石、復(fù)合陶瓷、氮化硅及堇青石一莫來(lái)石、堇青石一鈦酸鋁等。用途從簡(jiǎn)單的瓦斯焊槍、汽車(chē)尾氣處理、大型柴油發(fā)電機(jī)的廢氣凈化到用于工業(yè)廢氣處理、熱交換及熱儲(chǔ)存的大型蜂窩瓷。例如：
分解一氧化二氮(nitrousoxide)的陶瓷觸媒在硝酸(Nitric－acid)生產(chǎn)中，利用一種特殊的陶瓷觸媒體可完全分解一氧化二氮，將其分別分解至相應(yīng)的元素而不會(huì)產(chǎn)生NOX，主要產(chǎn)品(NO)不會(huì)受任何影響。
氧化碳?xì)浠衔锏奶沾捎|媒用鈣鈦類(lèi)氧化材料研制的陶瓷觸媒體可以氧化碳?xì)浠衔铮?a href="/hebeideji/3061319899263246602.html">催化性能遠(yuǎn)勝于貴金屬觸媒，特別在抗高溫、抗腐蝕、抗毒性和低成本經(jīng)濟(jì)性方面表現(xiàn)尤為突出。
氧化鹵代烴(Halogenatedhydrocarbons)的陶瓷觸媒在過(guò)渡金屬氧化物混合物基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的陶瓷觸媒可以分解鹵代烴，其活性、選擇性和使用壽命要遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)催化劑。
汽車(chē)尾氣處理用陶瓷觸媒轉(zhuǎn)化器為了控制汽車(chē)的廢氣污染，降低一氧化碳、黑煙及其他有毒氣體的排放，觸媒轉(zhuǎn)化器從70年代末開(kāi)始被使用在汽車(chē)上。在過(guò)去數(shù)十年中的技術(shù)發(fā)展中，汽車(chē)制造廠(chǎng)使用了許多不同的方式來(lái)降低排放污染，例如排氣循環(huán)、燃料箱油氣回收及引擎電子控制系統(tǒng)等，但觸媒轉(zhuǎn)化器一直是降低有害廢氣排放的最有效方法。在觸媒轉(zhuǎn)化器的化學(xué)反應(yīng)中，貴金屬原子產(chǎn)生各種不同的過(guò)渡反應(yīng)，使整體反應(yīng)活化能降低，進(jìn)而提高廢氣轉(zhuǎn)化成一般無(wú)害氣體的反應(yīng)機(jī)率，而觸媒本身在化學(xué)反應(yīng)后仍然保持原來(lái)的狀態(tài)，這是觸媒轉(zhuǎn)化器和傳統(tǒng)排煙過(guò)濾器的最大差異。觸媒轉(zhuǎn)化器不僅有良好的使用壽命，也避免了長(zhǎng)期使用后被阻塞的可能性。
大部分的現(xiàn)代觸媒轉(zhuǎn)化器包含了兩個(gè)部分：還原性蜂窩瓷及氧化性蜂窩瓷。當(dāng)廢氣通過(guò)還原性蜂窩瓷時(shí)，氮氧化物首先被分解為氮?dú)?/a>和氧氣。當(dāng)廢氣進(jìn)一步通過(guò)氧化性蜂窩瓷時(shí)，一氧化碳和碳?xì)浠衔锉贿M(jìn)一步氧化成二氧化碳及水。此時(shí)前一階段產(chǎn)生的氧氣亦有助于此類(lèi)氧化反應(yīng)的進(jìn)行，特別是高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于排放的氮氧化物濃度較高，在還原反應(yīng)中產(chǎn)生的氧氣濃度亦明顯提高。
生產(chǎn)工藝
汽車(chē)尾氣處理用的蜂窩陶瓷材料常為多孔堇青石，其每平方英寸400孔道的幾何外形，以及材料中2－3mm的多孔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了0.2－0.3m2/g的高比表面積。用同步電子輻射測(cè)量方法(EXAFS：extendedX－rayabsorptionfinestructure)可精確地測(cè)定貴金屬鉑元素在蜂窩陶瓷載體表面上的原子排列方式，顯示了鉑原子在堇青石陶瓷載體表面形成所謂的海棉狀結(jié)晶，使得觸媒轉(zhuǎn)化器內(nèi)的氣體接觸面積平均在2000M2以上，同時(shí)也使氣體分子在觸媒轉(zhuǎn)化器中有足夠高的機(jī)率與貴金屬原子碰撞產(chǎn)生有效的觸媒轉(zhuǎn)化反應(yīng)。除研發(fā)不同型號(hào)的全陶瓷載體外，茵萊賽米克高新陶瓷有限公司擁有生產(chǎn)復(fù)合、合金化以及陶瓷涂層的觸媒蜂窩瓷技術(shù)和生產(chǎn)工藝。
用途
蜂窩陶瓷對(duì)的用途很廣，介紹如下：
催化劑載體
蜂窩陶瓷用作催化劑載體時(shí)，主要應(yīng)用于汽車(chē)排氣凈化、鍋爐排煙脫硝（NOx）、工業(yè)排氣除臭、除去有毒有害氣體等。
汽車(chē)排氣凈化用的蜂窩陶瓷催化劑載體主要是被覆γ-Al2O3的堇青石蜂窩陶瓷載體。
耐火窯具
擠出蜂窩陶瓷窯具的質(zhì)量比傳統(tǒng)窯具輕60%-75%，熱量傳遞迅速，可實(shí)現(xiàn)快速燒成，用它墊燒鐵氧體或其它電子陶瓷時(shí)，有利于提高產(chǎn)品的性能。
壁流式過(guò)濾器
多孔狀薄壁的蜂窩陶瓷可過(guò)濾凈化柴油機(jī)燃?xì)鈴U氣（約500℃）中的碳粒。
參考資料 >