"Gốm vi xốp" là một loại vật liệu công nghiệp có thể thấy phổ biến trong ngành công nghiệp. Khi nhắc đến gốm vi xốp, một số người hẳn còn rất lạ lẫm với khái niệm này, vậy nó là gì?
Lịch sử phát triển của gốm vi xốp
Thực tế, nghiên cứu về gốm vi xốp trên toàn cầu bắt đầu từ những năm 40 của thế kỷ 20, và đến đầu những năm 80 của thế kỷ 20, việc ứng dụng thành công trong ngành sữa và đồ uống (rượu vang, bia, rượu táo) tại Pháp đã mở đường cho việc áp dụng vật liệu này vào lĩnh vực xử lý nước thải và các lĩnh vực tương ứng khác.
Vào năm 2004, doanh số thị trường gốm xốp toàn cầu vượt mức 10 tỷ USD, và doanh số thị trường này phát triển với tốc độ tăng trưởng hàng năm là 35% nhờ ứng dụng thành công của gốm vi xốp trong lọc và tách chính xác.
Gốm vi xốp là cấu trúc xốp đồng nhất dạng vi xốp, đây là một loại vật liệu gốm mới, đồng thời cũng là gốm chức năng cấu trúc. Đúng như tên gọi, đó là vật liệu gốm có chứa một lượng lớn lỗ vi xốp mở hoặc kín bên trong hoặc trên bề mặt, kích thước lỗ vi xốp rất nhỏ, thường ở mức micron hoặc dưới micron, về cơ bản không nhìn thấy được bằng mắt thường. Tuy nhiên, trong đời sống hàng ngày, gốm vi xốp thực ra cũng khá quen thuộc, ví dụ như bộ lọc gốm dùng trong máy lọc nước và bộ phận tạo sương trong thuốc lá điện tử.
Gốm xốp có thể được phân loại theo kích thước, thành phần pha và cấu trúc lỗ rỗng (kích thước lỗ rỗng, hình thái lỗ rỗng và độ liên kết lỗ rỗng).
Theo kích thước lỗ rỗng, gốm xốp được chia thành: gốm xốp lỗ thô (kích thước lỗ rỗng > 500 μm), gốm xốp lỗ lớn (kích thước lỗ rỗng 100~500 μm), gốm xốp lỗ trung bình (kích thước lỗ rỗng 10~100 μm), gốm xốp lỗ nhỏ (kích thước lỗ rỗng 1~50 μm), gốm xốp lỗ mịn (kích thước lỗ rỗng 0.1~1 μm) và gốm xốp lỗ vi mô. Theo cấu trúc lỗ rỗng, gốm xốp có thể được chia thành gốm xốp có cấu trúc lỗ rỗng đồng nhất và gốm xốp có cấu trúc lỗ rỗng không đồng nhất.
Gốm xốp vi mô là một loại vật liệu lọc vô cơ phi kim loại mới, gốm xốp vi mô được cấu tạo từ ba phần là hạt nền, chất kết dính và lỗ xốp. Gốm xốp sử dụng cát thạch anh, corindon, alumina (Al2O3), silicon carbide (SiC), mulit (2Al2O3-3SiO2) và các hạt gốm khác làm hạt nền, trộn với một lượng nhất định chất kết dính và chất tạo xốp, sau đó nung ở nhiệt độ cao. Các yếu tố như hạt nền, chất kết dính, chất tạo xốp và điều kiện liên kết giữa chúng quyết định các đặc tính chính của gốm như kích thước lỗ xốp, độ xốp, khả năng thấm khí, v.v. Hạt nền và chất kết dính được lựa chọn tùy theo mục đích sử dụng sản phẩm. Hạt nền thường yêu cầu phải có độ bền cao, chịu nhiệt tốt, chống ăn mòn, hình dạng gần tròn (dễ tạo điều kiện lọc), dễ tạo hạt trong phạm vi kích thước quy định và có độ kết dính tốt với chất kết dính. Nếu hạt nền và kích thước hạt là như nhau, cùng với các điều kiện khác không đổi, các chỉ số như kích thước lỗ xốp, độ xốp, khả năng thấm khí và các thông số khác của sản phẩm sẽ đạt được mục tiêu lý tưởng.
Đặc tính của gốm xốp vi mô
Các lỗ xốp của gốm xốp được hình thành từ hai phần: một phần đến từ các khoảng trống giữa các hạt bột trong quá trình nung kết, phần còn lại đến từ các lỗ xốp được tạo ra bởi chất tạo xốp.
Các lỗ xốp phân bố đều, có thể sản xuất các sản phẩm gốm vi xốp với kích thước lỗ xốp được chọn.
Có độ ổn định hóa học tốt, chịu được ăn mòn hóa học, trừ axit hydrofluoric và kiềm đặc, hầu hết các môi trường khác đều có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời; thông qua việc lựa chọn vật liệu và kiểm soát quy trình, có thể chế tạo các loại gốm vi xốp phù hợp với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau. Gốm không phản ứng hóa học với các chất khác, do đó chất lỏng không bị ô nhiễm bởi các chất hòa tan và sẽ không gây ra ô nhiễm thứ cấp;
Chịu được nhiệt độ cao, không bay hơi chất độc hại, có độ ổn định nhiệt tốt, không biến dạng nhiệt, không mềm chảy, không oxy hóa, có thể sử dụng ở nhiệt độ từ -50~500°C.
Có độ bền cơ học và độ cứng cao, dưới tác động của áp lực khí nén, thủy lực hoặc các loại áp lực khác, hình dạng và kích thước lỗ không thay đổi;
Có khả năng tái tạo mạnh mẽ, về cơ bản có thể khôi phục lại khả năng lọc ban đầu thông qua việc rửa ngược bằng chất lỏng hoặc khí, nhờ đó có tuổi thọ cao, đồng thời có khả năng kháng khuẩn tốt, không dễ bị vi khuẩn phân hủy.
Có khả năng hấp phụ tốt, gốm xốp vi mô là vật liệu rắn xốp có đặc tính bề mặt lớn, giúp tạo ra diện tích bề mặt bên trong lớn, tức là năng lượng bề mặt lớn, do đó có khả năng hấp phụ mạnh mẽ và có thể hấp phụ, lọc được lượng lớn các hạt lơ lửng cực nhỏ.
Không gây ô nhiễm, ở trạng thái sạch tốt, không độc, không mùi, không gây rơi rớt chất lạ, không gây ô nhiễm thứ cấp, có thể thay thế các vật liệu lọc như vải bông, vải lụa, nhựa, lưới kim loại quý, v.v., khắc phục các nhược điểm của các vật liệu lọc này.
Ứng dụng của gốm vi lỗ
Gốm vi lỗ có các ưu điểm như hấp phụ, thấm khí, chống ăn mòn, tương thích môi trường, tương thích sinh học và các tính chất vật lý, hóa học độc đáo, được ứng dụng rộng rãi trong lọc các loại chất lỏng, lọc khí, cũng như cố định giá thể enzyme sinh học và giá thể có tính thích nghi sinh học.
Triển vọng thị trường cho phát triển và ứng dụng gốm vi lỗ rất rộng lớn, đây đã trở thành một loại vật liệu gốm mới được nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học và các nhà sản xuất trong và ngoài nước phát triển.
Triển vọng thị trường cho sự phát triển và ứng dụng của gốm vi lỗ (microporous ceramics) là rất rộng lớn, và nó đã trở thành một loại vật liệu gốm mới được nhiều viện nghiên cứu và nhà sản xuất trong và ngoài nước phát triển. Hiện nay, vật liệu này đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như bảo vệ môi trường, tiết kiệm năng lượng, hàng không vũ trụ, hóa chất, dầu khí, luyện kim, thực phẩm, dược phẩm, sinh học, y học, chăn nuôi, v.v., làm nâng cao đáng kể chất lượng sản phẩm và sức cạnh tranh trên thị trường của các ngành này. Với vai trò là vật liệu dùng cho lọc khí-lỏng, làm sạch và tách pha, hấp thụ âm và giảm chấn, vật liệu trao đổi nhiệt, chất độn hóa học, gốm sinh học và chất mang chất xúc tác, chất hấp phụ, vật liệu cấy ghép sinh học, vật liệu xây dựng đặc biệt, cơ quan nhân tạo và vật liệu chịu lửa, vật liệu cảm biến, v.v., chúng đã được đưa vào nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực và ngành khoa học khác nhau, thu hút được sự quan tâm lớn từ cộng đồng vật liệu toàn cầu.
Là một loại gốm mới có nhiều ứng dụng và triển vọng phát triển rộng rãi, gốm vi lỗ đã trở thành một chủ đề thu hút sự quan tâm mạnh mẽ.
EN
