中國粉體網訊 陶瓷過濾膜是一種主要由Al2O3，ZrO2，TiO2和SiO2等無機材料制備而成的多孔膜，具有分離效率高、耐酸堿、耐有機溶劑、抗微生物、耐高溫、機械強度高、再生性能好、分離過程簡單、操作維護簡便、使用壽命長等眾多優勢。在環保、污水處理、氣體凈化、食品加工、膜催化、生物醫藥、氣體分離、膜生物反應器、資源回收再利用、精細化工等眾多領域廣泛應用�？捎糜诠に囘^程中的分離、澄清、純化、濃縮、除菌、除鹽等。
陶瓷過濾膜的制備方法
溶膠凝膠法
溶膠凝膠法最開始被Leenaars等人用來開發陶瓷超濾膜。溶膠凝膠法是制備陶瓷過濾膜最重要的工藝之一，其優勢在于膜的孔徑可以隨意控制，特別對于小孔而言，主要有兩種路線來制備溶膠凝膠膜：
（1）膠體路線，金屬鹽與水混合形成溶膠，涂覆在膜支撐體上，從而形成膠態凝膠。
（2）聚合物路線，有機金屬前驅體與有機溶劑混合形成溶膠，然后涂覆在膜支撐體上，從而形成聚合物凝膠。
溶膠是致密氧化物顆粒的膠體溶液，如Al2O3，SiO2，TiO2，或ZrO2。Leenaars等人從勃姆石溶膠研制出孔徑為4-10nm的γ-Al2O3膜。由于這些膜的孔徑處于超濾范圍，因此它們被用于膠體顆粒和大分子量溶質的分離，或者被用作膜支撐體來研制孔徑更小的膜。
對基于分子篩效應的氣體分離，必須采用孔徑小于1nm的陶瓷過濾膜。在這種情況下，可以將上述溶膠制得的γ-Al2O3膜作為支撐體，通過聚合物溶膠路線在該支撐體上制備出分子篩膜。應該注意的是在聚合物溶膠路線中，所制得的膜的孔徑是由無機聚合物的支化程度所決定的，如下圖，可以看出，低支化程度會導致更小的孔隙。人們利用相應的硅醇鹽的酸性水解制備出了含有低支化團簇的SiO2聚合物溶膠，這些溶膠凝膠膜在氣體分離方面表現出高選擇透過性。
聚合物溶膠的支化對孔隙率的影響
因為溶膠的顆粒尺寸非常小，并且是通過它們相應的醇鹽的水解與凝結作用而制得的，所以醇鹽中金屬的局部電荷會影響到醇鹽的水解行為。過濾金屬如Ti或Zr在它們的醇鹽中所攜帶的局部電荷要高于正硅酸乙酯中Si所帶電荷。過濾金屬醇鹽的水解速率比硅醇鹽的水解速率快得多。另外，醇鹽中R配體的特性、初始醇鹽的齊聚反應程度、水解過程金屬配位擴展的可能性以及pH值都會對水解行為產生影響。溶膠在干燥過程中發生了凝膠化。經過熱處理之后，制得了陶瓷過濾膜。
浸漬涂膜法
浸漬涂膜工藝最關鍵的因素是顆粒懸浮液的粘度和涂膜速度或時間。當基體接觸到相對濕度低于100%的大氣時，干燥過程與浸漬涂膜則同時進行。在一個多步驟的過程中，現將浸漬涂膜好的第一層進行煅燒，然后又重復浸漬、干燥、煅燒的完整周期過程。例如，如果要獲得平均孔徑為100nm的氧化鋁膜層，則可以通過平均粒徑為500nm的亞微米氧化鋁粉體的懸浮液制得。
化學氣相沉積法
化學氣相沉積法是在一定的溫度條件下通過被氣體介質包圍的組分之間所發生的化學反應材料表面沉積一層相同或不同的化合物來修飾膜表面性能的工藝。下圖顯示了一個CVD系統，它包括了一個計量反應氣體和運載氣體混合物的系統、一個加熱反應室以及一個廢氣處理系統。氣體混合物（一般由氫氣、氮氣或疝氣，以及反應氣體如金屬鹵化物和碳氫化合物）被送進一個加熱到目標溫度的反應室中。
陶瓷過濾膜的未來發展
未來陶瓷過濾膜領域的發展將集中在以下幾個方面：
（1）進一步提高陶瓷過濾膜材料的分離精度及其分離穩定性，使其在液體分離領域實現納濾級別的連續高效運行，在氣體分離領域實現多組分氣體的高效分離；
（2）研制具有大孔徑及高孔隙率的耐高溫陶瓷分離膜材料，使其在資源的高效利用及環境保護等領域實現高溫氣固分離過程的長期穩定運行；
（3）實現低成本生產陶瓷過濾膜，結合構建針對實際應用的膜材料的設計和制備方法，從而為陶瓷過濾膜在應用過程中面臨的瓶頸問題提供解決之道；
（4）研發制備能夠耐強酸強堿耐腐蝕的膜材料，提高陶瓷過濾膜的分離穩定性，拓展陶瓷過濾膜在工業中的使用范圍。
要發揮陶瓷過濾膜的優勢，使其能夠為社會和經濟發展做出應有的貢獻，就必須解決：（1）大通量陶瓷過濾膜支撐體的強度以及耐酸堿性問題；（2）陶瓷過濾膜阻力過大，很難同時實現高通量與高選擇性等問題。
