"Ceramiche microporose" è un materiale industriale molto diffuso nel settore. Quando si parla di ceramiche microporose, alcune persone potrebbero non essere molto familiari con questo concetto: che cosa sono?
La storia dello sviluppo delle ceramiche microporose
In realtà, la ricerca globale sulle ceramiche microporose ha avuto inizio negli anni '40 del XX secolo e, dopo averne promosso con successo l'applicazione nell'industria lattiero-casearia e delle bevande (vino, birra, sidro) in Francia all'inizio degli anni '80 del XX secolo, è iniziata la loro applicazione nel trattamento delle acque reflue e in altri settori corrispondenti.
Nel 2004, le vendite globali del mercato delle ceramiche porose hanno superato i 10 miliardi di dollari USA, e le loro vendite sul mercato sono cresciute a un tasso annuo del 35% grazie all'applicazione con successo delle ceramiche microporose nella filtrazione e separazione precisa.
Le ceramiche microporose sono strutture porose uniformi, una nuova tipologia di materiale ceramico, ma anche ceramiche strutturali funzionali; come suggerisce il nome, si tratta di corpi ceramici con un'ampia quantità di micropori aperti o chiusi all'interno o sulla superficie delle ceramiche. I micropori delle ceramiche microporose sono molto piccoli, con una dimensione dei pori generalmente nell'ordine del micron o submicronico, praticamente invisibile ad occhio nudo. Tuttavia, le ceramiche microporose sono in realtà presenti nella vita quotidiana, ad esempio l'elemento filtrante ceramico utilizzato nei depuratori d'acqua e l'elemento di atomizzazione nelle sigarette elettroniche.
Le ceramiche porose possono essere classificate in base alle dimensioni, alla composizione delle fasi e alla struttura dei pori (dimensione dei pori, morfologia dei pori e connettività dei pori).
In base alla dimensione dei pori, si distinguono: ceramiche porose a pori grossolani (dimensione dei pori > 500 μm), ceramiche porose a pori grandi (dimensione dei pori 100~500 μm), ceramiche porose a pori medi (dimensione dei pori 10~100 μm), ceramiche porose a pori piccoli (dimensione dei pori 1~50 μm), ceramiche porose a pori fini (dimensione dei pori 0,1~1 μm) e ceramiche porose microporose. In base alla struttura dei pori, le ceramiche porose possono essere suddivise in ceramiche porose con struttura porosa uniforme e ceramiche porose con struttura porosa non uniforme.
Le ceramiche microporose rappresentano un nuovo tipo di materiale filtrante inorganico non metallico; esse sono costituite da tre componenti principali: particelle di aggregato, leganti e pori. Le ceramiche microporose utilizzano materiali come quarzo, corindone, allumina (Al2O3), carburo di silicio (SiC), mulite (2Al2O3-3SiO2) e particelle ceramiche come aggregati, mescolati con una certa quantità di legante e agente formante i pori, per essere successivamente sottoposti a cottura ad alta temperatura. Le particelle di aggregato, il legante, l'agente formante i pori e le condizioni di legame determinano le caratteristiche principali delle ceramiche, come dimensione dei pori, porosità e permeabilità all'aria. Gli aggregati, così come i leganti, vengono selezionati in base allo scopo d'uso del prodotto. Gli aggregati richiedono generalmente di possedere un'elevata resistenza meccanica, resistenza al calore, resistenza alla corrosione, una forma vicina alla sfericità (per facilitare la formazione di condizioni di filtrazione), una facile granulazione entro un intervallo di dimensioni delle particelle specificato e una buona affinità con i leganti. Se il substrato e la dimensione delle particelle dell'aggregato sono uguali e le altre condizioni rimangono costanti, le specifiche del prodotto, come dimensione dei pori, porosità e permeabilità all'aria, possono raggiungere l'obiettivo desiderato.
Caratteristiche delle ceramiche microporose
I pori delle ceramiche porose derivano da due parti: una parte proviene dagli spazi vuoti interparticellari lasciati durante il processo di sinterizzazione delle particelle di polvere, l'altra parte proviene dai pori formati dall'agente porogeno.
I pori sono distribuiti uniformemente e possono essere prodotti prodotti ceramici microporosi con la dimensione dei pori desiderata.
Buona stabilità chimica, resistenza alla corrosione chimica; ad eccezione dell'acido fluoridrico e delle basi concentrate, presentano eccellente resistenza alla corrosione da tutti gli altri mezzi. Selezionando opportunamente i materiali e controllando il processo, è possibile produrre ceramiche microporose adatte a diversi ambienti corrosivi. Queste ceramiche non reagiscono chimicamente con altre sostanze, quindi il fluido non viene inquinato da sostanze lixiviate e non causa inquinamento secondario.
Elevata resistenza al calore, nessuna emissione di sostanze nocive, buona stabilità termica, nessuna deformazione termica, ammorbidimento o ossidazione; può essere utilizzata tra -50°C e 500°C.
Elevata resistenza e rigidità meccanica, sotto carichi di stress pneumatici, idraulici o di altro tipo, la forma e le dimensioni del foro non cambiano;
Possiede una forte capacità di rigenerazione e può sostanzialmente ripristinare la capacità originale di filtrazione mediante lavaggio inverso con liquido o gas, garantendo così una lunga durata; inoltre, presenta ottime proprietà antibatteriche e non è facilmente degradabile da batteri.
Buone prestazioni di adsorbimento: la ceramica microporosa, grazie alla sua superficie porosa solida, presenta una grande superficie interna, ovvero una notevole energia superficiale, per cui possiede una forte capacità di adsorbimento e riesce a filtrare e intrappolare un elevato numero di particelle sospese di piccolissime dimensioni.
È priva di inquinamento, mantiene uno stato di pulizia ottimale, è non tossica e inodore, non genera sostanze estranee e non provoca inquinamento secondario. Può sostituire materiali filtranti come tessuti di cotone, seta, plastica, reti metalliche pregiate, eliminando i difetti di questi materiali filtranti.
Applicazioni delle ceramiche microporose
Le ceramiche microporose presentano i vantaggi di adsorbimento, permeabilità all'aria, resistenza alla corrosione, compatibilità ambientale, biocompatibilità e proprietà fisiche e chimiche uniche. Vengono ampiamente utilizzate nella filtrazione di vari liquidi, nella filtrazione dei gas e nell'immobilizzazione di enzimi biologici e di portatori con biocompatibilità.
La prospettiva di mercato per lo sviluppo e l'applicazione delle ceramiche microporose è molto ampia e si è affermata come un nuovo materiale ceramico oggetto di sviluppo da parte di numerose istituzioni di ricerca e aziende produttrici nazionali e internazionali.
Le prospettive di mercato per lo sviluppo e l'applicazione delle ceramiche microporose sono molto ampie, e sono diventate un nuovo materiale ceramico su cui molte istituzioni di ricerca e aziende produttrici nazionali ed estere stanno concentrando i loro sforzi. Al momento, questo materiale è già ampiamente utilizzato nei settori dell'ambiente, del risparmio energetico, dell'aviazione e astronautica, della chimica, del petrolio, della metallurgia, dell'alimentare, del farmaceutico, della biologia, della medicina, dell'allevamento e in altre industrie, migliorando notevolmente la qualità dei prodotti e la competitività sul mercato. Impiegato come materiale per filtraggio e separazione gas-liquido, per purificazione, per assorbimento acustico e antivibrante, per scambiatori di calore, come riempitivo chimico, come bioceramica e supporto per catalizzatori, come adsorbente, come materiale per impianti biologici, come materiale speciale per edilizia, per organi artificiali e come materiale refrattario, nonché come materiale per sensori, le ceramiche microporose sono state introdotte in numerose discipline e settori, suscitando grande interesse da parte della comunità mondiale dei materiali.
Come nuovo tipo di ceramica con un'ampia gamma di utilizzi e prospettive di sviluppo, le ceramiche microporose sono diventate un argomento di grande interesse.
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