無機陶瓷膜作為一種新型的膜材料，與傳統的高聚物膜相比，具有耐高溫，化學穩定，耐酸堿腐蝕，機械強度高，結構穩定和易再生等優點，被廣泛應用于食品和生物制品的過濾、提純及電解液的過濾、氣體除塵等各個領域。特別是在80年代后期，陶瓷膜在水處理領域的研究取得了突破性進展，其日益顯示出獨特技術優勢和廣闊的前景，正成為國內外競相研究開發的熱點之一。

1 無機陶瓷膜及其制備方法

目前，陶瓷膜是以無機陶瓷材料經特殊工藝制備而形成的非對稱膜，呈管狀及多通道狀，管壁密布微孔。它主要是依據“篩分”理論，根據在一定的膜孔徑范圍內滲透的物質分子直徑不同則滲透率不同，在壓力作用下，原料液在膜管內或膜外側流動，小分子物質（或液體）透過膜，大分子物質（或固體）被膜截留而達到分離、濃縮、純化和環保等目的。無機陶瓷膜的制備方法也日漸成熟，目前來看，主要有以下幾種方法：

1.1 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是目前制備無機陶瓷膜的主要方法，如γ-Al₂O₃、TiO₂、SiO₂等陶瓷膜一般都是用此方法制備的。此法通常用金屬醇鹽（如Al(OC₃H₇)₃、Ti(i-OC₃H₇)₃、Si(OCH₃)₄）為原料，在常溫下經有機溶劑溶解后在水中通過快速攪拌使其水解；水解混合物經過脫醇后，在酸性條件（用鹽酸，且pH＜1.1）下制成溶膠，然后將其涂在多孔支撐體的表層上；經過高溫燒結便形成具有陶瓷特性的無機膜。利用該法制備陶瓷膜的關鍵是要制備出合乎要求的溶膠。在此基礎上，控制水解溫度、pH值、凝膠的焙燒溫度等關鍵因素，可以得到不同規格（主要是膜的孔徑有所差別，一般為1～100nm）的陶瓷膜。顏秀茹等采用sol-gel工藝制備的TiO₂陶瓷膜，涂膜孔徑為0.17μm、耐酸堿性能好，再生恢復率高。我國早已將陶瓷超濾膜和微濾膜列入“九五”重點攻關計劃之中。目前來看，開發的陶瓷膜在實際應用中已經獲得了很大的成功。

1.2 粒子燒結法

基膜的制備一般都用固態粒子燒結法，該法起源于我國傳統的燒陶工藝。基膜的制備是無機膜研究的基礎，由于強度問題，無基體的無機膜沒有任何實際應用價值，從另一方面說，只有有了較好的支撐體，溶膠-凝膠法、化學氣相沉積法等技術才有可能用于膜的制備。從這個意義上講，基膜制備是無機膜制備的關鍵。其制備過程為：先將一定細度的無機粉料分散在溶劑中，再加入適量粘接劑制成懸浮液，然后成型制得坯膜，經高溫燒結后便形成了多孔無機陶瓷膜或膜載體。用該法制備的陶瓷膜孔徑可達0.1～10μm。陶瓷膜孔結構與無機粉粒大小，懸浮液組成以及燒結溫度等密切相關。試驗表明：提高燒結溫度，孔徑減小，孔隙率降低，膜厚度隨著浸漿時間的平方根呈線性增加，通過多次覆蓋可以有效地減少膜的缺陷。

1.3 陽極氧化法

以高純度金屬箔為陽極，在酸性電解質溶液（如磷酸、硫酸）中進行陽極氧化，箔的一面將形成多孔性的氧化層，另一面的金屬用酸溶解后就得到具有近似直孔結構的多孔膜，經過適當的熱處理成為穩定的、孔徑均勻的氧化物膜。該膜具有很好的耐溶劑性，通過改變氧化過程的條件可以得到不同孔徑的氧化皮層。Ahmad T. Shawagfeh等使用陽極氧化法在高純金屬鋁的一面得到孔徑均勻的直孔多孔膜。

1.4 原位合成法

原位合成法也稱原位晶華法，即在陶瓷或其它多孔載體（如玻璃、金屬或合金）的孔口合成分子篩膜。目前該法制備分子篩膜的報道較多。如Jia MD等以陶瓷為載體原位合成硅沸石-陶瓷分子篩復合膜獲得了成功。

1.5 化學氣相沉淀法

化學氣相沉淀法（CVD）又叫化學蒸發法，就是在陶瓷（或金屬）基材表面以氣相化學反應的方式形成一層陶瓷薄膜的方法，目前，用CVD法進行材料的合成已廣泛應用于許多工業領域，特別是在陶瓷領域正受到重視。以前該法主要用于制備致密膜，但目前已證實通過選擇適當的條件，該法同樣可以用來制備多孔膜。有文獻報道：利用此法將正硅酸乙酯分解制SiO₂膜已獲得了成功。用CVD法制作的陶瓷膜也存在一些缺點，如反應不容易均勻成核，難以得到高質量的薄膜；析出物質中容易產生極大的熱應力，容易引起薄膜的斷裂等。如何利用其優點，克服其不足，是CVD法制作高質量微孔陶瓷膜下一步的重點。

此外，制備無機陶瓷膜的方法還很多，如濺射法、物理氣相沉淀法（PVD）、原位制粒法等，限于篇幅原因，就不一一贅述。

2 無機陶瓷膜在水處理中的應用

2.1 在給水處理中的應用

微孔陶瓷膜分離技術在給水處理中的應用始于上世紀80年代初期，特別是在歐洲一些 ，如法國，意大利等國在這些方面的實踐工作更是走在 的 。用微孔陶瓷膜進行給水處理的優點是能夠保證更好核更可靠的水質，不用化學物質，特別適合于高附加值產品。用0.2μm陶瓷微濾膜過濾處理地下巖溶水所得的幾個性質指標與未處理水的比較如表1所示。

表1：未處理巖溶水與處理水的性質比較性

從表中可以看出，陶瓷膜不僅能顯著降低水的濁度（NTU）和有機物含量，而且能夠對處理水進行脫金屬處理，對細菌的去除率更為100%。在國內，山東工業陶瓷設計院研制的孔徑為4.3μm的微孔陶瓷對總菌數31500，大腸菌群＜230的原水處理后，得到的處理水水質也優于 飲用水標準。

2.2 在廢水處理中的應用

近年來，由于全球水資源緊缺，將陶瓷膜分離技術應用于廢水的處理和再利用顯得更加重要。從材料特點考慮，由于陶瓷膜可以在苛刻的條件下進行長期穩定的分離操作，這也決定了它在水處理領域應用的主要方向是廢水處理，特別是工業廢水的處理。

2.2.1 在處理含油廢水中的應用

工業含油廢水的種類極其繁多，大致有油田采出水、金屬表面清洗水、石油化工廠排放的生產廢水、各種潤滑劑廢水、乳化液廢水等。這些廢水若直接排放，將嚴重污染環境。由于含油廢水往往具有難降解、易乳化等特點，常規方法處理難以得到理想的效果。無機陶瓷膜在處理含油廢水方面具有突出的優勢，表現在通量高，使用壽命長，且對膜的孔徑大小要求相對較寬松。Simms等人采用了高分子膜和Membralox陶瓷膜對加拿大西部的重油采出水進行了處理，其通量相對較小。Hun等人用復合陶瓷膜，對濃度為600～11000ppm乳化液進行油水分離，油的去除率超過95%。日本近年來也對水溶性切削油的陶瓷膜處理作了詳細的研究，并將其與有機膜作了比較，結果認為用陶瓷膜處理較為優越。這些結果表明：采用陶瓷膜處理工業含油廢水是可行的，出水水質均能滿足回注水或排放水的各項指標的要求。

2.2.2 在處理紡織廢水中的應用

紡織染色工程均以水為介質，而且往往需要一次或多次水洗，用水量比較大，排放的廢水對環境污染較重。在印染過程各工序排出的廢水含有的主要污染物為：懸浮物、BOD有機物、COD染料、還原漂白劑、重金屬（如鉛、鉻等）以及色度染料等，同時處理的難度很大。Soma等人利用無機微濾膜處理印染廢水，膜孔徑平均為0.2μm，壓力1～0.5MPa，錯流速度3～5m/s。實驗結果表明：懸浮物、有機物的去除均效果明顯，其中不溶性燃料去除率大于98%，通過加入一些表面活性劑可使可溶性染料的去除率大于97%；在陶瓷膜工業性試驗中染料的去除率為80%，COD去除率為40%，通量為260～280L/(m2·h·MPa)。

2.2.3 在化工廢水處理中的應用

化工行業在生產中產生的廢水一般具有強酸、強堿或強腐蝕性，有機膜由于自身的弱點往往難以勝任。而對于像陶瓷膜之類的無機膜來說，恰恰是它們的強項，在處理這類廢水時，它們具有獨到的優勢。NGK公司采用氧化鉻陶瓷膜從鹽酸溶液中回收ZiO₂細微粒子，用去離子水進行洗滌，以除去產品中的酸根，經過處理，洗滌水的電導率從200ms/cm下降到0.5ms/cm。實驗也表明，用氧化鋁陶瓷微濾膜在處理酸性廢水時，取得了較好的效果。

2.2.4 在其它廢水處理中的應用

無機陶瓷膜作為新型的膜分離技術，在各個領域的廢水處理中都有不俗的表現。如對放射性廢水，含重金屬廢水，城市生活污水，造紙廢水的處理上，都效果明顯。

3 無機陶瓷膜在水處理應用中的展望

無機陶瓷膜處理的各種廢水涉及到社會的許多行業，市場容量巨大，估計其規模在億元以上，經濟、社會效益均比較明顯。目前對無機膜過程及膜催化反應的研究較多，無機生物膜反應器的研究工作也開始起步，其良好的發展前景使之成為各國研究的熱點。盡管陶瓷膜的研究與應用已經取得了很大的進展，但仍然存在許多制約其廣泛應用的問題值得深入地研究和探討，主要是如何降低陶瓷膜的生產成本；如何提高膜的分離效果及長時間維持膜通量的穩定性；如何擴展無機陶瓷膜的應用范圍和應用深度。這些都應是今后陶瓷膜的制備和應用方面應重點突破的方向。