Существующие технологии очистки применяют различные методы и материалы в зависимости от характеристик очищаемых веществ и загрязнений. Одним из материалов, достаточно широко применяющимся для очистки путем фильтрации разнообразных жидких и газообразных продуктов от мелкодиперсных твердых, а также некоторых видов жидких загрязнений является пористая проницаемая керамика. Это объясняется высокой химической стойкостью, возможностью вести процессы при повышенных температурах, способностью регенерации, относительной простотой технологии изготовления, использованием недефицитных и недорогих сырьевых материалов, экологичностью.
Качество и эффективность фильтрации с использованием проницаемой керамики зависит от пористости, структуры, формы и размера пор. Тот факт, что для очистки различных систем оптимальным будет применение материалов с различающимися параметрами, делает необходимой разработку методов получения пористой керамики заданной структуры.
Сейчас наиболее распространены следующие способы получения пористой проницаемой керамики:
- использование монофракционных составов исходных сырьевых материалов;
- метод вспенивания;
- метод выгорающих добавок.
Каждый из них наряду с положительными сторонами имеет существенные недостатки: при первом способе – это малая относительная пористость, при втором способе - низкая проницаемость из-за преимущественно закрытой пористости и при третьем – неравномерность пористой структуры, связанная со сложностью распределения компонентов по объему шихты.
Нами в работе опробован метод выгорающих добавок. Но для уменьшения указанного недостатка в качестве выгорающего компонента нами использовалась пенополиуретановая губка. Выбор это материала определялся тем, что существующая технология получения пенополиуретана позволяет в достаточно широких пределах управлять образованием направленной структуры пористости с размерами пор от нескольких микрометров до 2-3 миллиметров. Мы ожидаем, что отработка технологии получения пористой фильтрующей керамики позволит переносить структуру пенополиуретана на керамический материал.
В работе нами готовился керамический шликер путем тонкого помола минеральных частиц в воде. Размер минеральных частиц не превышал 40-50 микрометров. В качестве минерального вещества использовались шамот и глина, в качестве связки в одном случае использовалась глина, в другом случае – жидкое стекло. Процентное содержание глины и жидкого стекла в различных опытах различалось. Шликер готовился таким образом, чтобы его вязкость обеспечивала хорошую пропитываемость всего объема образцов пенополиуретана и качественное формирование пленки керамической массы на поверхности структуры выгорающей добавки - пенополиуретана.
Для опытов бралась пенополиуретановая губка трех видов: с размером пор 0,1 мм, 0,5 мм и 2мм.
Губка пенополиуретана пропитывалась керамическим шликером, избыток шликера удалялся из губки путем отжатия, однократно или многократно, в зависимости от структуры пенополиуретана. После этого образцы подвергались сушке и обжигу.
Процесс сушки образцов не вызывал трудности из-за их высокой удельной поверхности, и проницаемости пор. Максимальная температура обжига зависела от состава керамической массы и применяемого связующего и составляла 1200 – 1300°С.
После обжига были получены керамические образцы с пористой структурой, характеризующейся структурой, аналогичной структуре пенополиуретана. Однако образцы, полученные на основе пенополиуретана с размером пор 0,1 мм, имеют сплошную пустотность внутри объема, что свидетельствует о плохой пропитываемости пенополиуретана керамическим шликером.
Механическая прочность образцов составляет: для образцов на глинистой связке 5-8 МПа, а для образцов на жидком стекле – 3-5 МПа, что свидетельствует о недостаточном количестве связки (10%) во втором случае.
Плотность образцов, полученных на пенополиуретане с размером пор 0,1 мм нами не определялась из-за их пустотелости. Плотность образцов, полученных на пенополиуретане с размером пор 0,5 мм составила 0,15-0,21 г/см3 , а для образцов на пенополиуретане с размером пор 2 мм – 0,09 – 0,15 г/см3.
Пористость полученных образцов составляет: для образцов с размером пор 0,5 мм – 90-93%; для образцов с размером пор 2 мм – 93-96%.
Таким образом практически доказана возможность формирования пористой проницаемой керамики с определенной пористой структурой, копирующей структуру пенополиуретана, являющимся выгорающим материалом при получении керамического тела. Возможность использования этого метода для других составов керамических масс и связующих веществ позволит значительно расширить область применения пористой проницаемой керамики в качестве фильтрующих элементов в различных технологиях: очистка минеральных вод, инъекционных жидкостей и т.п.