Пористая керамика для фильтрации воды
Низкая температура позволяет дешево получить уникальные материалы
Исследователи РТУ МИРЭА совместно с коллегами из МГУ им. М. В. Ломоносова успешно получили пористую корундовую керамику с использованием нового метода холодного спекания. Этот процесс включает использование различных форм оксогидроксида алюминия — бемит и диаспор. Исследования позволили изучить структуру и свойства получаемого материала, а также проверить его способность пропускать воду. Этот подход не только экономит энергию, но и открывает новые возможности для создания эффективных фильтрующих материалов для очистки воды. Результаты исследования опубликованы в журнале «Тонкие химические технологии».
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Холодное спекание представляет собой передовую технологию производства пористых корундовых керамик, которые могут найти применение, в частности, в системах фильтрации. Этот метод значительно сокращает затраты энергии, времени и труда по сравнению с традиционными технологиями. Кроме того, он позволяет избежать использования вспомогательных веществ, таких как связующие и порообразующие агенты.
Андрей Смирнов, заведующий лабораторией керамических материалов и технологий РТУ МИРЭА, отметил: «Наш новый метод обладает значительным потенциалом для создания высококачественной керамики с минимальными затратами ресурсов. При холодном спекании порошка бемита с добавкой 5% корунда была получена однофазная керамика с открытой пористостью 47,9%. Это означает, что почти половина объема материала состоит из открытых пор, что делает его идеальным для фильтрации. Это важный шаг вперед в развитии экологически чистых технологий».
Холодное спекание — это современный метод получения керамических материалов, который позволяет значительно снизить температуру обработки. В отличие от традиционного обжига, который в случае корунда требует температур выше 1500°C, холодное спекание происходит при температурах ниже 450°C. Это достигается за счет использования воды или других вспомогательных веществ, которые химически взаимодействуют с частицами порошка и помогают им соединяться под воздействием механического давления.
Исследователи использовали две модификации оксогидроксида алюминия — бемит (-AlOOH) и диаспор (-AlOOH). Эти материалы были подвергнуты холодному спеканию при температуре 450°C и давлении 220 МПа в присутствии воды. В результате получилась пористая керамика с высокой проницаемостью для воды. Смесь диаспора и бемита после холодного спекания превратилась в керамику, которая при последующем прокаливании при 600°C перешла в корунд с пористостью 39%. Этот материал также показал высокую проницаемость для воды.
Преимущество нового метода заключается в том, что холодное спекание требует значительно меньше энергии, чем традиционные методы. Это делает процесс более экологичным и экономичным. Процесс занимает всего 30 минут, что значительно быстрее, чем традиционное спекание. В отличие от традиционных методов, холодное спекание не требует использования связующих или порообразующих агентов, что упрощает процесс и снижает затраты. Полученные материалы обладают проницаемостью для воды более 5000 л/(м·ч·бар), что делает их перспективными для использования в системах фильтрации.
Пористая корундовая керамика, полученная методом холодного спекания, может быть использована в различных системах фильтрации, начиная от макрофильтрации до нанофильтрации. Это открывает новые возможности для создания эффективных и экономичных фильтров для очистки воды, которые могут быть использованы как в промышленности, так и в быту.
Новый метод не только снижает затраты на производство, но и позволяет создавать материалы с уникальными свойствами, которые могут быть использованы для решения важных экологических задач, таких как очистка воды. Ученые продолжают исследования, чтобы улучшить свойства полученных материалов и расширить область их применения.
Проект выполнен при поддержке Российского научного фонда (грант №22–73–00318).