Формирование регулярной структуры пор в микрофильтрационных материалах из алюмооксидных микросфер и марганецсодержащих алюмосиликатных композиций

Abstract

Алюмооксидные микросферы (диаметр < 40 мкм), характеризующиеся практически идеальной шарообразной формой, могут формировать на крупнопористых алюмосиликатных подложках селективные слои с регулярной структурой. Теоретически показано, что в этом случае пористость может достигать 47,6%. При этом форма поровых каналов, представляющая собой полости между сферическими частицами с коэффициентом извилистости до 1,0, создает условия для обратной промывки с постоянным периодом фильтроциклов между регенерациями. В то же время алюмооксидные микросферы с нанодисперсной структурой поверхности, в отличие от алюмосиликатных микросфер, являются новым материалом и процесс спекания таких частиц мало изучен. В настоящей работе исследовали возможность использования спекания алюмооксидных микросфер с целью формирования микрофильтрационного слоя регулярной структуры. Для этого к микросферическому порошку добавляли предварительно обработанную в аттриторе шихту Al2O3 – SiO2 − MnO2 в количестве 10 мас. % с последующим тщательным перемешиванием компонентов. Установлено, что спекание микросфер с добавками механоактивированной шихты Al2O3 – SiO2 − MnO2 при температурах 930−970°С приводит к образованию регулярной структуры пор, сформированных в присутствии жидкой фазы. При этом величина объемной усадки не превышает 12%. Это говорит об ограниченном смачивании алюмооксидных микросфер жидкой фазой при спекании в исследуемом диапазоне температур. Следовательно, при спекании шихты на основе алюмооксидных микросфер обеспечивается тип жидкофазного спекания. По данным РФА, полученный материал содержит в качестве основной фазы α-Al2O3 (корунд), а также силлиманит орторомбической модификации (25−27%), гексагональный кварц (24–26%), тетрагональный пиролюзит (8–10%).