在膜科学技术领域中，开发较早的膜材料是有机聚合材料，它在很多方面有独到的优点，例如有机膜具有韧性，能适应各种大小粒子的分离过程，制备相对较简单，易于成型，工艺也较成熟，且价格便宜，使其在当前的应用占据了极大的比例。但是它也有些自身无法克服的缺点：

（1）热稳定性差，不耐高温。

（2）抗腐蚀性差，不耐酸碱及有机溶剂。

（3）恶劣环境下使用寿命短。

（4）易堵塞，不易清洗重复使用。

鉴于有机膜的以上缺点，八十年代以来，无机分离膜材料的研究和开发已逐渐引起人们的普遍关注。目前无机分离膜是以单一元素的氧化物微孔膜为主。它主要是依据“筛分”理论，根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，利用压力差为推动力，使小分子物质可能通过，大分子物质则被截留，实现它们之间的分离。

无机分离膜的研究，近十年来主要是进一步完善了阳极化处理铝箔制备氧化铝膜的技术工艺。而且经过不懈的探索，采用溶胶凝胶技术制备无机膜也获得了成功，并在基础理论和应用方面有了发展。采用溶胶-凝胶技术方法扩大了制膜体系，除了氧化铝膜，还制备了氧化硅膜、氧化钛膜和硅掺硼膜等。这些膜从孔径上可以分为微滤膜和超滤膜；从结构上可以分为无载体膜和载体膜。目前溶胶-凝胶法已成为无机膜的主要制备方法。其制备方法是通过控制金属醇盐水解或水合氧化物溶胶制得胶体溶液，此胶经过不可逆溶胶-凝胶过程生成凝胶，然后干燥，焙烧法制得无机膜。

该方法操作方便，设备简单，更主要的是膜孔小（10～1000Å）分布窄孔隙率高，孔隙呈交错网络状，分离效率高，适用于超滤及气体分离。由于溶胶-凝胶法制得的膜孔径小，所以在用于超滤或分离的复合膜中，常被用来制备较关键的顶层，一般是通过浸渍过程在多孔的基底上形成凝胶膜，凝胶膜经过适当的干燥和热处理就形成多孔陶瓷膜。

另外，应用传统陶瓷制备工艺的固态粒子烧结法及应用溅射、离子镀、金属镀或化学气相沉积法等工艺薄膜沉积法等也得到了发展。固态粒子烧结法的原理是将处理成很细的无机物粒子分散在溶剂中制成悬浮液（适当加入无机粘结剂等），然后成型制得未干燥粉粒堆积层，干燥及高温焙烧使粉粒间接触处烧结成相互连接在一起形成多孔无机膜载体，由于该法制备的陶瓷膜孔结构与无机粉粒大小，悬浮液组成以及烧结温度等密切相关，孔径范围为0.01～10μm，适应于微孔过滤，所以一般该法被用来制备多层复合膜中的大孔陶瓷支撑体及中间层。

物理气相沉积技术（PVD）、化学气相沉积技术（CVD）以往主要用于制备各种致密膜如氮化钛膜、磁记录膜、金刚石膜等。但目前已证实通过选择适当的条件薄膜沉积技术也可用来制备多孔膜。据文献报道，利用溅射离子镀或化学气相沉积法等工艺可以在不锈钢，多孔陶瓷或玻璃上形成过渡金属或其他合金的多孔膜。

CVD/EVD法是目前尚在研究中的被用来制备微孔膜和改变膜的方法。美国西屋公司首先采用CVD/EVD工艺对Y₂O₃稳定的ZrO₂陶瓷膜进行改进，进一步减小了膜的孔径并提高膜的氧气的高度选择透过性。总之无机分离膜现已自成体系，成为膜分离领域的重要组成部分。现已有许多品种类型，在食品加工等液体过滤过程中已得到工业应用。在气体分离等应用上目前尚处于研究阶段还未达到商品化，但也已进行了许多有益的尝试。

1 无机膜的类型及构造

（1）按物体形态分为：板材型、管材型、多管道蜂窝型或它们的组件。

（2）按膜的孔径大小可分为如下几种：过滤膜孔直径＞10⁴纳米、微滤膜孔直径在10²～10⁴纳米；超滤膜孔直径为1～100纳米；反渗透膜孔直径＜1纳米。

（3）按结构分，一般分为有载体膜和无载体膜两种。关于无载体膜目前应用的较少，一般商品和研究中的陶瓷膜是具有非对称结构的多层复合结构，其底层是几毫米厚具有一定机械强度的大孔陶瓷支撑体。在支撑体上有一层或多层起实际分离作用的薄层。居于中间的厚度为10～100微米的中间层，其主要作用是为了防止或减少在顶层膜制造过程中微细粒子穿透到支撑体孔中引起大孔堵塞，造成透过率的降低，它的孔径大小介于顶层分离膜与底层支撑体之间，一般是用固态粒子烧结而成，支撑体和中间层的复合结构本身就构成一个微滤膜，加上孔径大小只有1～100纳米的顶层就是超滤膜。顶层是载体膜的关键，一般用溶胶凝胶法制备。

陶瓷膜顶层的结构可以作进一步的改性处理，一般采用溶胶浸渍，吸附或气相沉积法，也就是将用作改性的第二种组分沉积在顶层分离膜孔结构的内部，其结果形成的改性膜或具有更小的孔径，或依赖于沉积物的性质而具有催化特性和气体的表面扩散性能。这种改性膜可望在气体分离、催化和反应器工程中应用。

（4）按陶瓷膜的应用类型和潜力可将无机膜分为四类：

①钝态膜：依分子大小不同进行选择性分离。分离机理有努森扩散、表面扩散、毛细管凝聚、分子级筛分。

②催化活性膜：具有催化层的钝态膜。

③固体电解质膜：必须由离子导体陶瓷材料制备，例如用于电化学传感器的各种离子导体、高温氧化物和燃料电池的YSZ膜等。

2 无机分离膜的优缺点

无机膜（主要指陶瓷膜）与有机膜或液膜相比有以下优点：

（1）耐高温性好。无机分离膜使用温度可达400℃，有的甚至可达到800℃，使用压力可达到千帕（Kpa）数量级，适用于高温和高压体系。

（2）耐腐蚀性好。无机分离膜在制膜工艺中都要经过一定温度的焙烧，以单一氧化物或复合氧化物形成成膜，所以它在酸性或弱碱性条件下稳定性好，pH值适用范围较宽，因而在涉及高温和腐蚀过程的工艺（如食品加工、催化反应）中有着非常广泛的应用前景。

（3）机械强度大。无机分离膜一般是以经过高温烧结的微孔材料为基体浸涂膜后再经烧结而成的，所以其机械强度大，不易脱落和破裂。

（4）清洁状态好。无机膜一般无毒，不污染环境，是很好的净化工具。它被堵塞以后便于清洗，可以反复使用。

（5）抗微生物侵蚀。它与一般微生物不发生生物及化学反应，此点很适合于食品、生化、制药工业，此外它还有抗有机溶剂的优点。

（6）使用寿命长。这样减少了用户的维修与更换，从而节约了用户的时间和费用。

无机分离膜的这些优点，决定了它在工业中有广泛的应用前景，但同时无机分离膜也有它自身的缺点，影响了目前的应用。其缺点如下：

（1）无机膜一般没弹性，较脆，不易加工成型，不如有机膜方便。

（2）不适用于热强碱性系统，强碱对现有的无机膜有侵蚀作用。

（3）可以选作无机分离膜的材料还较少，目前研究较多的是Al₂O₃、ZrO₂和SiC等，处于研究阶段的还有许多氧化物和非氧化物体系如TiO₂、Cr₂O₃、MgO、TiC、云母、莫来石等。

从前述目前无机膜的缺点中可以知道，复杂形态的无机陶瓷膜的成型是当前无机膜制备的一个难点，也是人们积极在探索的一个方面。

九十年代的美国橡树岭 实验室的O.O.Omatete，M.A.Janney及A.C.Young等人发明了凝胶浇铸（Gelcasting）成型技术。并用此法成功地制备了复杂形状的氧化铝陶瓷的涡轮叶片。Gelcasting技术的基础原来是通过浆料中含有的少量的有机单体在一定条件下原位聚合形成网络的高分子键结构，将陶瓷粉末粘结成密实坯体成型。该法易于陶瓷粉末的复杂成型，且坯体还可以进行机械加工，是一种有前途的成型技术。

3 无机陶瓷膜的应用及发展趋势

3.1 分离过程中的应用

无机陶瓷膜已在食品加工等液体过滤过程中得到工业应用。在化学工业上无机膜优良的化学稳定性和机械性能使它在许多过程中大有用武之地。例如粘稠液体的分离，溶剂的回收和废水的净化等。此外无机膜对于污水处理的许多有关问题还提供了有益的解决方法。由于无机膜可以在无菌条件下工作并能经受住蒸汽消毒，因此它们在生物技术工业上很有前途。在食品工业中分离技术越来越多地用于提取、提纯和浓缩，如牛奶加工、果汁和酒的微滤以及诸如蛋、奶和酒类蛋白质的浓缩。

尽管无机陶瓷膜实际上的工业应用全是在液体分离方面，但目前在气体分离过程中应用的研究也取得了一些进展。陶瓷膜在气体分离上应用一方面是使许多工业过程的高温气体分离成为可能。另一方面对膜反应器这个概念在膜分离技术普遍工业化后逐渐为人所熟悉，尤其用于生物工程的反应器和发酵器已取得了许多进展。

3.2 在催化过程中的应用

无机陶瓷膜在催化过程中所具有的应用途径：

（1）膜只作分离器。这是陶瓷膜在膜催化过程中具有的基本的功能，即它至少应对产物之一起分离作用。

（2）膜既作分离器又作载体。陶瓷膜一般为耐高温多元氧化物，它用作分离器的同时又可用作催化剂活性组分（特别是贵金属）的载体。

（3）膜既作分离器又作催化剂。适当选择金属氧化物材料，可以使膜在用作分离器的同时还可以用作催化反应的催化剂。

（4）膜既作分离品又作隔离器。膜在膜反应器中的作用是一方面可使产物之一进行分离，另一方面又将膜反应器隔离成相互独立又相互联系的两个区。适当利用这两个区，则可以获得常规催化反应难以得到的反应结果。其中较具代表性的例子是膜反应器中的耦合反应。所谓耦合反应是在膜反应器中的两个区同时进行两个反应，其中一个区的反应产物之一经膜分离后进入另一区而进行另一反应。这样，在膜反应器的两个区进行的两个反应就能相互促进而耦合。例如在膜反应器的一侧进行环己烷脱氢（生成环己酮）反应而在另一侧进行苯酚加氢（生成环己烷）的反应，苯酚还原所消耗的氢，来自膜的另一侧环己烷脱氢。在683℃下，苯酚的转化率为39%，得环己烷的选择性为95%，这种类型的膜催化，从催化工艺与催化技术的开发着眼，是十分值得重视的。

3.3 无机膜的发展趋势

（1）无机膜制备技术。各种方法联用技术将是高通量，高选择性陶瓷膜的一个发展趋势。例如目前各国研究者在努力研究制备的复合膜，电传电导膜，无机与有机膜嫁接膜等都是适应这个趋势的。另外，更适合实际应用的复杂形状的无机陶瓷膜的制备也是其发展的一个趋势。

（2）无机陶瓷膜性能评价除了对其分离特性评价外，还应对其微观结构进行表征，并且这也需要联用技术。

（3）无机陶瓷膜应用技术。陶瓷膜主要是作为一种分离工具而发展起来的并在高温分离中得到了广泛的应用。随着研究工作的深入，它已开始被考虑用于其他非分离场合，在微生物或酶催化反应器方面已有小规模的商品化产品。其他的应用方面还有一些分离、电光催化以及传感（声波、氧敏及湿敏等）的探索性研究。