随着社会的不断发展和进步,水污染和烟尘污染日趋严重。本文分别采用溶胶凝胶-旋涂法和固态粒子烧结法制备出了用于污水处理和烟尘治理的两种梯度孔陶瓷。采用TG-DTA、XRD、SEM、AFM等现代测试方法对样品的组成、结构和性能进行了研究,探讨了复合溶胶的制备机理、膜与载体的结合机理以及两种梯度孔陶瓷的过滤原理。结果表明,这两种梯度孔陶瓷的性能均满足过滤的要求。本实验以α-Al2O3、苏州土、煅烧苏州土、石墨为主要原料制备了不同配方的氧化铝多孔陶瓷载体,并采用正交实验分析方法确定了最佳配方(L10),样品的气孔率为45.73%,吸水率为24.04%,体积密度为1.90g/cm3,抗折强度和抗压强度分别为55.42MPa和53.14MPa。主晶相为刚玉和莫来石,样品表面和断面都均匀分布有孔径范围分别在0.2～6μm和0.5～30μm之间的连通气孔,刚玉粒子的定向排列使气孔沿该方向相互连通,可促进过滤。以无机盐为主要原料,采用溶胶凝胶法制备了适合涂膜的粘度为3～5mPa·s的淡黄色透明TiO2-ZrO2-SiO2-Al2O3四元复合溶胶,最佳的复合组成是摩尔比Ti:Zr:Si:Al=4:1:1:2。TiO2溶胶反应温度为80℃,柠檬酸与钛离子的摩尔比在1.1～1.5之间,pH为4～5,反应时间为1h；四元复合溶胶最终的反应温度为85℃,反应时间为2h。膜的最佳热处理温度为850℃,主晶相为γ-Al2O3(γ-铝氧)、SiO2(石英)、t-ZrO2(斜锆石)、ZrSiO4(锆石)、3Al2O3·SiO2(莫来石)和TiO2(锐钛矿、金红石)。涂膜2次样品的膜厚适宜,约为5-6μm,膜与载体过渡自然,结合良好,从载体、过渡层到膜层,孔径分布依次为5～30μm、0.5～15μm和0.2～6μm,呈梯度分布。AFM显示复合膜表面粗糙不平,晶粒大小分布为200～600nm,薄膜表面气孔分布在1～6μm之间。膜的莫氏硬度介于钢刀和载玻片之间为5.5～6.5,涂膜后形成的氧化铝基梯度孔陶瓷在室温下的透水率为4.57m3/(m2.h)。经缓冲酸碱溶液浸泡28天后样品表面无晶粒脱落和产生裂纹的现象,表明样品化学稳定性好。膜与载体的结合机理是毛细管力的作用(锚接)。这种梯度孔陶瓷过滤污水的原理是利用其良好的化学稳定性通过梯度过滤和光催化反应共同作用进行污水处理。以碳化硅和苏州土为主要原料制备了用于烟尘过滤的SiC载体,研究表明,最佳配方为A7,烧结温度为1280℃,样品的显气孔率为35.87%,吸水率为20.64%,体积密度为1.74g/cm3,抗折强度为62.83MPa,室温～1000℃热震实验30次后,强度不减,反而增加到68.10MPa(增加8.39%)。所有样品的主晶相均为SiC、莫来石、鳞石英,部分样品还存在红柱石相。SEM显微结构研究表明,所有载体样品中都分布有大量的三维连通气孔和少量的闭气孔,其中最佳配方样品断面的气孔尺寸范围为3～60μm,热震20次后气孔尺寸变为5～100μm。以刚玉为主要原料采用湿磨法制备了T系列配方的料浆涂层,将其涂覆在SiC基体A7配方上制备出梯度孔陶瓷。氧化铝涂层与SiC基体的结合机理是：一方面在浸渍的过程中由于毛细管力的作用,涂层料浆被基体吸附,另一方面在烧成过程,Al2O3与SiC的氧化产物SiO2反应生成莫来石,使涂层与基体产生化学结合更紧密。涂层最佳配方为T4,粉料的平均粒径为2.12μm,料浆比重和粘度分别为1.80g/cm3和185.4mPa·s，涂覆涂层用于烟尘治理的SiC基梯度孔陶瓷最佳烧成温度为1200℃,SiC基梯度孔陶瓷在热震前的主晶相为刚玉、堇青石、鳞石英和莫来石,热震后晶相组成不变。SEM分析表明,表面涂层中的颗粒和气孔分布均匀,涂层和载体断面中气孔呈三维连通状均匀分布,从二者中间层可以看出,两者结合良好,从载体到涂层,气孔分布为5～120μm、2～30μm和0.2～20μm,呈现梯度分布,热震30次以后,涂层表面未见裂纹,断面结合处无开裂,从载体到涂层,气孔分布变化不大,满足高温烟尘过滤的要求。涂层的硬度等级接近9,在室温下其透气度可达到14.70m3/(m2·h·Pa)。在硫酸溶液和氢氧化钠碱溶液中浸泡28天后,涂层表面无裂纹,无颗粒脱落,表明样品化学稳定性好。这种梯度孔陶瓷的过滤机理是：在高温下利用其良好的热稳定性,由特殊的梯度孔结构通过直接拦截、惯性碰撞和布朗扩散3种方式对粉尘粒子进行捕捉过滤分离。