เครื่องผลิตโอโซน

"เซรามิกไมโครพอรัส" คือวัสดุอุตสาหกรรมที่สามารถพบเห็นได้ทั่วไปในอุตสาหกรรม เมื่อพูดถึงเซรามิกไมโครพอรัส บางคนอาจรู้สึกไม่คุ้นเคยกับแนวคิดนี้เลย แล้วมันคืออะไรล่ะ?

ประวัติการพัฒนาเซรามิกไมโครพอรัส
จริงๆ แล้วการวิจัยเซรามิกไมโครพอรัสระดับโลกเริ่มต้นขึ้นในทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ 20 และหลังจากที่มีการนำเซรามิกดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ได้สำเร็จในอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์นมและเครื่องดื่ม (ไวน์ เบียร์ เอ้ล) ในประเทศฝรั่งเศสช่วงต้นทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ 20 ก็ได้มีการนำไปประยุกต์ใช้ในสาขาอื่นๆ เช่น การบำบัดน้ำเสีย เป็นต้น
ในปี 2004 ยอดขายตลาดเซรามิกส์แบบมีรูพรุนทั่วโลกมีมูลค่าเกินกว่า 10,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และยอดขายตลาดเติบโตในอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีที่ 35% เนื่องจากการประยุกต์ใช้เซรามิกส์แบบมีรูพรุนขนาดเล็ก (microporous ceramics) อย่างประสบความสำเร็จในกระบวนการกรองและแยกสารอย่างแม่นยำ

เซรามิกส์แบบมีรูพรุนขนาดเล็ก (microporous ceramics) คือโครงสร้างของเซรามิกส์ที่มีรูพรุนขนาดเล็กสม่ำเสมอ เป็นวัสดุเซรามิกส์ประเภทใหม่ และยังจัดอยู่ในกลุ่มเซรามิกส์เชิงหน้าที่และโครงสร้าง (functional structural ceramics) ตามชื่อที่เรียก คือวัตถุเซรามิกส์ที่มีรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมาก ทั้งแบบเปิดและแบบปิดภายในหรือบนพื้นผิวเซรามิกส์ โดยขนาดของรูพรุนในเซรามิกส์แบบ microporous มีขนาดเล็กมาก โดยทั่วไปอยู่ในระดับไมครอนหรือซับไมครอน ซึ่งแทบมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า อย่างไรก็ตาม เซรามิกส์แบบ microporous นี้สามารถพบเห็นได้ในชีวิตประจำวัน เช่น ไส้กรองเซรามิกส์ที่ใช้ในเครื่องกรองน้ำ หรือชิ้นส่วนอะตอมมิเซอร์ (atomization element) ในบุหรี่ไฟฟ้า
เซรามิกส์แบบพรุนสามารถจัดประเภทตามมิติ องค์ประกอบเฟส และโครงสร้างของรูพรุน (ขนาดของรูพรุน รูปร่างของรูพรุน และการเชื่อมต่อระหว่างรูพรุน)

ตามขนาดของรูพรุน แบ่งออกเป็น เซรามิกส์แบบพรุนรูใหญ่ (ขนาดรูพรุน > 500 ไมครอน) เซรามิกส์แบบพรุนรูขนาดใหญ่ (ขนาดรูพรุน 100-500 ไมครอน) เซรามิกส์แบบพรุนรูขนาดกลาง (ขนาดรูพรุน 10-100 ไมครอน) เซรามิกส์แบบพรุนรูขนาดเล็ก (ขนาดรูพรุน 1-50 ไมครอน) เซรามิกส์แบบพรุนรูเล็ก (ขนาดรูพรุน 0.1-1 ไมครอน) และเซรามิกส์แบบพรุนที่มีรูขนาดเล็กมาก (ไมโครโพรัส) ตามโครงสร้างของรูพรุน เซรามิกส์แบบพรุนสามารถแบ่งออกได้เป็น เซรามิกส์แบบพรุนที่มีโครงสร้างรูพรุนสม่ำเสมอ และเซรามิกส์แบบพรุนที่มีโครงสร้างรูพรุนไม่สม่ำเสมอ

เซรามิกส์รูพรุนจุลภาคเป็นวัสดุกรองชนิดใหม่ที่เป็นอนินทรีย์และไม่ใช่โลหะ เซรามิกส์รูพรุนจุลภาคนี้ประกอบด้วยอนุภาคสารผสม (aggregate particles) ตัวประสาน (binders) รูพรุน (pores) และส่วนประกอบอื่น ๆ รวมทั้งหมด 3 ส่วน โดยใช้ทรายควอตซ์ โครันดัม อลูมิเนีย (Al2O3) ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มัลไลต์ (2Al2O3-3SiO2) และอนุภาคเซรามิกส์เป็นสารผสม ผสมเข้ากับตัวประสานในปริมาณที่เหมาะสม รวมทั้งสารทำให้เกิดรูพรุน (porous forming agent) จากนั้นเผาที่อุณหภูมิสูง คุณสมบัติของอนุภาคสารผสม ตัวประสาน สารทำให้เกิดรูพรุน และสภาพการยึดเกาะระหว่างกัน จะกำหนดขนาดของรูพรุน ปริมาณรูพรุน (porosity) อัตราการซึมผ่านของอากาศ (air permeability) และคุณสมบัติหลักอื่น ๆ ของเซรามิกส์ สำหรับการเลือกใช้สารผสมและตัวประสานนั้น จะต้องพิจารณาตามวัตถุประสงค์การใช้งานของผลิตภัณฑ์เป็นหลัก โดยทั่วไป สารผสมจะต้องมีความแข็งแรงสูงทนความร้อนและทนการกัดกร่อนได้ดี มีรูปร่างใกล้เคียงกับทรงกลม (เพื่อให้ง่ายต่อการสร้างสภาพการกรอง) สามารถทำให้เป็นเม็ดได้ง่ายภายในช่วงขนาดอนุภาคที่กำหนด และมีความเข้ากันได้ดีกับตัวประสาน หากฐานของสารผสมและขนาดอนุภาคเหมือนกัน และเงื่อนไขอื่น ๆ เท่ากัน ค่าต่าง ๆ เช่น ขนาดรูพรุน ปริมาณรูพรุน อัตราการซึมผ่านของอากาศ ฯลฯ ของผลิตภัณฑ์จะสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ที่เหมาะสมได้

คุณสมบัติของเซรามิกส์รูพรุนขนาดเล็ก
รูพรุนในเซรามิกส์รูพรุนเกิดจากสองส่วน หนึ่งส่วนเกิดจากร่องว่างระหว่างอนุภาคที่เหลืออยู่ในระหว่างกระบวนการเผาผงอนุภาค อีกส่วนหนึ่งเกิดจากรูพรุนที่เกิดขึ้นจากสารทำให้เกิดรูพรุน
รูพรุนมีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ และสามารถผลิตผลิตภัณฑ์เซรามิกส์รูพรุนขนาดเล็กที่มีขนาดรูพรุนตามที่เลือกได้
มีความเสถียรทางเคมีดี ทนต่อการกัดกร่อนทางเคมี ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูอริกและด่างเข้มข้น สารทั้งหมดมีความสามารถในการทนทานต่อการกัดกร่อนได้ยอดเยี่ยม โดยการเลือกวัสดุและควบคุมกระบวนการผลิต สามารถผลิตเซรามิกส์รูพรุนขนาดเล็กที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนหลายประเภท และไม่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับสารอื่นๆ ดังนั้นจึงไม่มีสารปนเปื้อนที่ไหลออกมาและไม่ก่อให้เกิดมลพิษซ้ำ
ทนความร้อนสูง ไม่ระเหยเป็นสารพิษ มีความเสถียรทางความร้อนดี ไม่เกิดการบิดตัว การอ่อนตัว หรือการเกิดออกซิเดชัน สามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิ -50~500°C
มีความแข็งแรงและทนทานเชิงกลสูง เมื่ออยู่ภายใต้แรงดันลม แรงดันน้ำมัน หรือแรงกระทำอื่น ๆ รูปร่างและขนาดของรูจะไม่เปลี่ยนแปลง
มีความสามารถในการฟื้นฟูตัวเองได้ดี โดยสามารถล้างทำความสะอาดในทิศทางย้อนกลับด้วยของเหลวหรือก๊าซ และสามารถใช้งานได้ยาวนาน พร้อมทั้งมีคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียได้ดี ไม่ถูกย่อยสลายได้ง่ายโดยเชื้อแบคทีเรีย
มีคุณสมบัติในการดูดซับได้ดี วัสดุเซรามิกส์รูพรุนขนาดเล็ก มีลักษณะพื้นผิวเป็นรูพรุน ทำให้มีพื้นที่ผิวภายในมาก กล่าวคือ มีพลังงานพื้นผิวมาก จึงมีความสามารถในการดูดซับสูง และสามารถดูดซับและกรองอนุภาคแขวนลอยขนาดเล็กจำนวนมากได้
ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ มีสภาพที่สะอาดดี เป็นสารที่ไม่มีพิษและไม่มีกลิ่น ไม่ก่อให้เกิดสิ่งแปลกปลอมหลุดร่วง และไม่ก่อให้เกิดมลพิษซ้ำซ้อน สามารถใช้วัสดุกรองอื่น ๆ เช่น ผ้าฝ้าย ผ้าไหม พลาสติก และตาข่ายโลหะมีค่าแทนได้ ซึ่งช่วยแก้ไขจุดอ่อนของวัสดุกรองเหล่านั้น

การประยุกต์ใช้เซรามิกส์รูพรุนขนาดเล็ก
เซรามิกส์รูพรุนขนาดเล็กมีข้อดีด้านการดูดซับ การระบายอากาศ ทนต่อการกัดกร่อน เข้ากันได้กับสิ่งแวดล้อม มีความเข้ากันได้กับสิ่งมีชีวิต และมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เฉพาะเจาะจง จึงถูกนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในการกรองของเหลวต่างๆ การกรองก๊าซ รวมถึงการตรึงตัวของเอนไซม์ชีวภาพและตัวพาที่มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพ
แนวโน้มตลาดสำหรับการพัฒนาและการประยุกต์ใช้เซรามิกแบบไมโครพอรัสค่อนข้างกว้างขวาง และได้กลายเป็นวัสดุเซรามิกชนิดใหม่ที่ถูกพัฒนาโดยสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์และผู้ผลิตจำนวนมากทั้งในประเทศและต่างประเทศ

แนวโน้มตลาดสำหรับการพัฒนาและการประยุกต์ใช้เซรามิกส์รูพรุนขนาดเล็กมีความกว้างขวางมาก และได้กลายเป็นวัสดุเซรามิกส์ใหม่ที่ถูกพัฒนาโดยสถาบันวิจัยและผู้ผลิตจำนวนมากทั้งในและต่างประเทศ ในปัจจุบัน ได้ถูกนำไปใช้โดยแพร่หลายในอุตสาหกรรมด้านสิ่งแวดล้อม พลังงาน อากาศยาน เคมีภัณฑ์ ปิโตรเลียม โลหะวิทยา อุตสาหกรรมอาหาร ยา ชีวภาพ การแพทย์ เพาะพันธุ์ และอุตสาหกรรมอื่น ๆ ซึ่งได้เพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์และขีดความสามารถในการแข่งขันทางการตลาดของอุตสาหกรรมเหล่านี้อย่างมาก โดยมีการนำไปใช้เป็นวัสดุกรองก๊าซและของเหลว วัสดุสำหรับการทำให้บริสุทธิ์และแยกสาร วัสดุสำหรับดูดซับเสียงและลดแรงสะเทือน วัสดุสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน สารเติมเต็มทางเคมี เซรามิกส์ชีวภาพและตัวเร่งปฏิกิริยา สารดูดซับ วัสดุสำหรับฝังในร่างกาย วัสดุพิเศษสำหรับทำผนัง วัสดุสำหรับสร้างอวัยวะเทียมและวัสดุทนไฟ วัสดุเซ็นเซอร์ ฯลฯ ซึ่งได้ถูกแนะนำในหลายสาขาวิชาและหลายสาขาอาชีพ จนได้รับความสนใจอย่างมากจากสาขาอุตสาหกรรมวัสดุทั่วโลก
ในฐานะที่เป็นเซรามิกส์ประเภทใหม่ที่มีการใช้งานหลากหลายและมีศักยภาพในการพัฒนาอย่างกว้างขวาง เซรามิกส์แบบรูพรุนจึงกลายเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก