近幾十年來，全球經濟以前所未有的速度發展了起來，但由于生產方式粗放，產業結構不合理等原因，經濟發展的速度往往會超過資源環境的承載能力，使其造成的污染在短時間內很難消失——比如說排放的污水越多，可利用的水資源就越少。

不過有道是治標不如治本，與其去治理已經造成的環境污染，不如先從根源上減少污染的發生。因此治理水資源污染，首先就得從分離廢水開始，此時是否有好的過濾材料就成為了該流程的關鍵。

水處理中的多孔氧化鋁陶瓷

總的來說，液體的分離都需要較高的分離技術。而多孔陶瓷材料由于具有孔隙率高，透氣阻力小，可控孔徑，清洗再生方便以及耐高溫、高壓和較強的耐化學腐蝕等性能，很適合用于水處理等場所的過濾工作，如大規模的自來水提純就可以使用多孔陶瓷，其過濾的效果除了與多孔陶瓷的材料有關外，還受材料顆粒的大小，外界壓力等因素的影響。

多孔陶瓷中，氧化鋁由于具有良好的化學穩定性，熱穩定性、較高的機械強度以及廉價易得等優點，是制備多孔陶瓷最常用的材料之一。以其為原料制備而成的氧化鋁多孔陶瓷材料，不僅具有較好的機械強度、高的比表面積、復雜的孔道分布結構，而且氣孔尺寸可控，其應用也因此遍布于能源、環保、化工、食品、生物醫學等眾多領域。

多孔氧化鋁陶瓷管

多孔氧化鋁陶瓷的制備

已知“孔隙結構”是影響多孔氧化鋁陶瓷材料應用的主要因素之一，而孔隙結構的形成主要取決于制備工藝與技術，其中以成型方法最為關鍵。因此下面便來了解一下都有哪些工藝可供選擇。

1、擠出成型工藝

將制備好的泥條通過一種預先設計好的具有蜂窩網格結構的模具擠出成型，經過高溫燒結處理后就可以得到典型的多孔陶瓷材料，即蜂窩陶瓷。其基本工藝流程為∶配料→球磨 →陳腐 →成型 →干燥→燒結，該工藝的優點為可以根據實際需要對多孔陶瓷體的孔形狀以及孔徑大小進行精確設計，其缺點是不能制備復雜孔道結構以及小尺寸孔洞的多孔材料，同時對從模具中擠出的坯料的塑性有較高要求。

擠壓成型示意圖

2、顆粒堆積成孔工藝

依靠粗顆粒之間的堆積及利用顆粒結合部形成的微孔結構。粗的顆粒靠細粒熔化粘合，也可以加入易熔的粘結劑使粗顆粒與細顆粒結合。這種工藝可通過調整顆粒級配從而對孔洞結構進行控制，制品的孔隙率一般為 20%~30%左右，若在坯料中加入碳粉、木屑、石墨、淀粉、塑料等造孔劑，高溫下使其揮發或燃盡可將整體孔隙率提高至 75%左右。

3、添加造孔劑工藝

添加造孔劑工藝是通過在陶瓷坯料中添加占據一定空間的造孔劑，經過高溫燒結后，造孔劑離開陶瓷基體留下孔洞而形成多孔結構的陶瓷。該工藝可通過改變造孔劑的種類、造孔劑顆粒的形狀、粒徑以及制備工藝來精確設計制品的孔洞大小、孔道結構及分布情況，但其缺點是難以獲得高氣孔率制品。

4、溶膠凝膠法

溶膠-凝膠法（sol-gel）是指用含高化學活性組分的化合物作為前驅體，在液相下將這些原料充分混合均勻，然后使其進行水解、縮合化學反應，反應后會在溶液中形成穩定的透明溶膠，溶膠體經過緩慢聚合，形成三維空間結構的凝膠體。凝膠形成后，經過干燥、燒結固化處理，制備出分子甚至納米結構的材料。再根據所需獲得的多孔陶瓷材料的性能需求，將前軀體進行水解、溶膠、凝膠、老化和干燥，最終通過熱處理工藝使材料成型。

5、冷凍-干燥法

冷凍-干燥法是在控制冰生長方向的同時完成水基陶瓷漿料的凍結，然后在低壓下干燥使冰升華而得到多孔陶瓷材料的一項新技術。該法具有收縮率小、燒結過程容易控制、孔密度范圍大、較高的機械強度和環境適應性強等特點。

典型的以水為溶劑通過冷凍干燥法獲得的多孔氧化鋁 SEM 照片

5、凝膠注模工藝

凝膠注模技術是一種新開發出的多孔陶瓷材料成型技術，這種新的成型技術采用的是非多孔結構模具，將配好的漿料注入模具后，利用漿料內部或少量添加劑的原位化學反應作用使陶瓷漿料原位凝固形成坯體，獲得具有良好微觀均勻性和較高密度的坯體，從而顯著提高制品的機械強度和力學性能。凝膠注模工藝的主要特點有： ①漿料中固體含量高，制品顯微結構均勻；②凝固時間可調，材料力學性能好；③工藝簡單、成本低，適合大批量生產。

總結

目前，在處理水方面，許多國外企業都已經開始利用多孔陶瓷過濾器凈化水，如2019年時建成的新加坡蔡厝港（Choa Chu Kang）自來水廠的陶瓷膜海水淡化處理系統。

而以氧化鋁為原料制備的多孔氧化鋁陶瓷有著較好的機械強度，重量輕，耐腐蝕等優點，用作過濾污水的過濾器時，利用其特殊的表面物理性及化學吸附性可以有效去除水中的微米顆粒及雜質，除污能力強，起到很好的凈化效果，且其清洗也比較方便，可以重復利用。因此也確實稱得上一句“前景可觀”。

資料來源：

水過濾用多孔氧化鋁陶瓷的研究，鄭榮榮。

Al₂O₃多孔陶瓷的制備工藝及其DBD特性研究，倪衛潔。

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