陶瓷膜以耐高温、耐高压和耐腐蚀等性能在很多苛刻的应用体系中显示出独特的优势，在石油化工、食品、医药、环境、能源和冶金等领域已成为膜领域发展较为迅速、较有发展前景的品种之一。开发并应用比较广泛的陶瓷膜主要是以氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅以及它们2种或者多种材料复合制备而成。然而，此类陶瓷膜在产业化应用中，高成本和种类偏少限制了产业化的进一步拓展。因此，开发新的、廉价的陶瓷膜材料对于陶瓷膜技术的应用和推广具有重要意义。对新型陶瓷膜材料的研究，近年来主要集中在2方面：①人工合成陶瓷膜材料，主要有碳化硅、莫来石、堇青石、石墨烯和陶瓷纤维等；②天然陶瓷膜材料，主要有天然沸石、粉煤灰、高岭土和凹凸棒土等。

1 人工合成陶瓷膜材料

1.1 碳化硅

碳化硅（SiC）具有强度高、导热率高、耐腐蚀和抗氧化等优点，在苛刻的条件下可以保持良好的热稳定性和化学稳定性，并且价格低廉，是开发陶瓷膜材料的选择之一。

刘有智等以SiC为骨料，采用挤出成型法制成管状碳化硅支撑体，平均孔径为2.43μm，孔隙率为43.4%，气体通量达到788.2m³/（㎡·h·bar），抗弯强度达到22.8MPa。苏魁范等采用流延成型工艺制备了复合碳化硅陶瓷过滤膜，在1300℃烧结下制备出结构均匀、表面平整、孔径范围在4.017～11.916μm的碳化硅陶瓷膜。

相比于传统陶瓷膜材料，碳化硅烧结温度较低，机械强度高，在高温高压体系中具有广阔的应用前景。

1.2 莫来石

莫来石（3Al₂O₃·3SiO₂）是Al₂O₃-SiO₂系中唯一温度存在的二元结晶相化合物，可以通过硅酸铝的热分解或者二氧化硅与氧化铝的高温反应制备，由于其具有耐酸碱、低热膨胀系数和高熔点等性能，越来越受到人们的关注。

韩火年等以硝酸铝和碳酸氢铵通过沉淀法使氧化铝粉体表面均匀地包裹1层碳酸铝铵超细粉体，在1550℃下烧结可以获得性能优异的莫来石-刚玉陶瓷膜支撑体，平均孔径为9.87μm，孔隙率为40.21%，纯水通量达到22.211m³/（㎡·h·bar），机械强度为3.4MPa。经10%（wt，质量分数，下同）H₂SO₄或5%NaOH于100℃下浸渍36h后，机械强度仍分别保持2.67MPa和2.89MPa，说明该膜支撑体具有良好的耐酸碱腐蚀性能。周健儿等以莫来石为主要原料，在1250℃烧结制得支撑体孔径为2.1μm，孔隙率达到46.9%，水通量为9.1m³/（㎡·h·bar），抗弯强度为23.1MPa。相比于传统陶瓷膜材料，以莫来石制备的陶瓷膜孔隙率较高，耐强碱性更强。

1.3 堇青石

堇青石的理论化学组成为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，属于六方晶系、六元环状硅酸盐晶体，因其具有低的热膨胀系数和较高的分解温度，再加上生产成本低、产量大等优势，在开发陶瓷膜材料方面越来越受到人们的关注。

Dong等通过挤压成型法制备了以工业级的堇青石为原料的性能优异的堇青石管式支撑体，烧结温度在1380℃时可以制得平均孔径为8.66μm，开孔率为36.20%，氮气通量为1.45×10⁴m³/（㎡·h·bar），热膨胀系数为4.34×10^-6/℃（从25～1000℃）。与氧化铝支撑体相比，堇青石支撑体具有更好的耐强碱腐蚀性能，烧结温度更低，可以有效的降低制备成本。张小珍等采用较大粒径为7.8μm的廉价的工业级堇青石粉体为原料，通过相转化法，制备了堇青石中空纤维陶瓷膜，在1360℃下烧结2h，制备的中空纤维膜孔隙率为39.2%，内部大孔径和外部海绵状孔径分别为0.76μm和0.38μm，抗弯强度为76.5MPa，纯水通量和氮气渗透通量分别达到61.34m³/（㎡·h·bar）和7824m³/（㎡·h·bar）。

1.4 陶瓷纤维

陶瓷纤维不仅具有陶瓷材料固有的耐高温、化学稳定性好、使用寿命长等特点，还兼具了纤维材料的高孔隙率、高比表面积等优点。陶瓷纤维在制膜过程中，由于本身纤维形状特点，纤维之间杂乱无章的堆积，形成高孔隙率，总孔隙率高达70%，而以陶瓷纤维构建的分离膜的总孔隙率高达陶瓷粒子分离膜的2倍，有效提高膜通量及降低渗透阻力。

Qiu等以TiO₂纳米纤维为原料，采用浸浆法在氧化铝支撑体上制备双层TiO₂膜，通过在纤维层中添加溶胶促进纤维之间的粘结，减少了缺陷孔的产生，在烧结温度480℃下制得了纯水通量为1100L/（㎡·h·bar），截留分子量为32000。Ke等在氧化铝支撑体上涂覆大尺寸的TiO₂纤维二号小尺寸的勃姆石纤维，制得平均孔径为50nm的陶瓷纤维膜，对60nm球形胶装粒子的截留率达到96.8%，稳定通量高达900L/（㎡·h·bar）；在氧化铝支撑体上培养生长氧化铝钠米纤维，制备出可以分离截留蛋白质和DNA的陶瓷膜，在通量为230.4L/（㎡·h·bar）时，70%的DNA分子被截留，膜的性能远远超过传统陶瓷膜。

1.5 石墨烯

石墨烯又名“单层石墨片”，是指一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子，碳原子排成二维结构，与石墨的单原子层类似。石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，其理论比表面积高达2600㎡/g，具有突出的导热性能3000W/（m·k）和力学性能1060GPa，因此越来越受到人们的关注。

Lou等采用滴涂法，通过硅氧烷修饰，在陶瓷支撑体上制备出石墨烯-陶瓷复合膜。硅氧烷修饰后的陶瓷支撑体与氧化石墨烯粘结紧密，膜表面完整，同时膜表面具有亲水性，通过渗透气化作用，实现乙醇/水的选择性分离，在40℃下，当总的液体流量为461.86g/（㎡·h）时，可以实现水的浓度从5%增加到39.92%，从而达到提纯分离的作用。

2 天然膜材料

2.1 天然沸石

天然沸石具有特殊的多孔结构、发达的比表面、丰富的表面羟基，而且我国天然沸石储量丰富、价格低廉，因此将天然沸石加工成陶瓷分离膜，不仅可以降低分离膜的生产成本，而且可以为陶瓷膜的制备提供新的选择。

张学斌等以天然沸石为主料，通过挤压成型法制备了天然沸石陶瓷膜支撑体，平均孔径为6.6μm，孔隙率达到46%，然后通过浸浆法在支撑体表面分别涂覆粒径为2.1μm和0.5μm的天然沸石悬浮液，制得平均孔径分别为0.6μm和0.1μm的过渡层和顶层膜，整个非对称陶瓷膜的纯水通量达到了187L/（㎡·h·bar）。Dong等也以同样的方式制备了天然沸石陶瓷膜，在850～950℃下烧结，过渡层膜的孔径在0.69～1.1μm，顶层膜平均孔径为0.54μm，整个陶瓷膜的纯水通量和氮气通量达到了3.2×10³L/（㎡·h·bar）和1.96×10⁵L/（㎡·h·bar）。

2.2 粉煤灰

粉煤灰是火力发电厂的废弃物和副产品，对环境造成的污染十分严重。由于粉煤灰中Al₂O₃和SiO₂的含量达到了80.65%，在高温烧结后可以形成耐火度高、热膨胀系数低，化学稳定性和热稳定好的莫来石，所以粉煤灰可以制备性能优异的陶瓷膜，实现变废为宝。

曹静杰利用低成本固体废弃物粉煤灰和生料铝矾土为原料，采用原位烧结法在1300℃焙烧后，制备了多孔莫来石陶瓷膜支撑体，其开孔隙率高达50%，莫来石相含量高达86.75%，支撑体的机械强度高达69.87MPa。Dong等以粉煤灰为原料在堇青石管式支撑体上制备了陶瓷微滤膜，在1150℃烧结，平均孔径为5μm，孔隙率达到54%。任祥军等利用发电厂的超细粉煤灰（平均粒径为12μm），采用模压成型和挤压成型工艺，在1250℃烧结，制得的膜平均孔径为3.72μm，孔隙率为51.2%，气体通量达到1.4×10⁴m³/（㎡·h·bar），可用于高温除尘和气体净化等。

2.3 高岭土

高岭土（Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O）又称水合硅酸铝瓷土，是重要的非金属矿产资源，在我国分布广泛，由于价格低廉，性能优越，在陶瓷领域也越来越受到人们的关注。

Vasanth等以高岭土为原料，通过挤压成型法，在900℃下烧结制成了平均孔径为1.3μm，机械强度为34MPa，孔隙率为30%的陶瓷微滤膜，对油浓度为250mg/L的油水混合物中油的截留率达到了85%，对浓度为6×10⁵CFU/mL细菌溶液的截留率达到了99%。杨柯等考察了高岭土的添加量堆陶瓷膜支撑体性能的影响，随着高岭土含量的增加，支撑体的孔径和机械强度会降低，当添加8%高岭土，1510℃烧结2h，可以获得机械强度为153.6MPa，孔隙率为29%，平均孔径为6.6μm的多孔陶瓷膜支撑体。

2.4 凹凸棒土

凹凸棒土简称凹土，我国凹凸棒土储量巨大，占全世界已探明凹凸棒土储量的44%，远景储量达11.7亿t。同时凹凸棒土的制备成本低，适合大批量生产，开发利用过程能耗低，没有环境方面的负效应，是低成本、高性能的天然膜材料。为此，本课题组在氧化铝支撑体表面通过浸浆法制备了凹凸棒土陶瓷微滤膜，获得了平均孔径为0.25μm，纯水通量达到1540L/（㎡·h·bar）的陶瓷微滤膜，过滤碳酸钙悬浮液稳定通量可达达到980L/（㎡·h·bar），而且膜易清洗，可以重复使用，显示出优异的性能。

3 展望

随着我国经济结构的转型，以及人们对环境保护越来越重视，低成本易烧结的新型陶瓷膜材料的研究也越来越深入，人工合成陶瓷膜材料和天然陶瓷膜材料的研究开发会越来越广泛。但是，当前新型陶瓷膜的研究大多都还停留在实验室研究阶段，鲜有将所制膜应用到实际生产中，所以未来将性能优异、价格低廉的新型陶瓷膜工业化、产业化将是众多科研和企业工作者面临的问题。