无机陶瓷膜作为一种新型的膜材料，与传统的高聚物膜相比，具有耐高温，化学稳定，耐酸碱腐蚀，机械强度高，结构稳定和易再生等优点，被广泛应用于食品和生物制品的过滤、提纯及电解液的过滤、气体除尘等各个领域。特别是在80年代后期，陶瓷膜在水处理领域的研究取得了突破性进展，其日益显示出独特技术优势和广阔的前景，正成为国内外竞相研究开发的热点之一。

1 无机陶瓷膜及其制备方法

目前，陶瓷膜是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，呈管状及多通道状，管壁密布微孔。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，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质（或液体）透过膜，大分子物质（或固体）被膜截留而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。无机陶瓷膜的制备方法也日渐成熟，目前来看，主要有以下几种方法：

1.1 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是目前制备无机陶瓷膜的主要方法，如γ-Al₂O₃、TiO₂、SiO₂等陶瓷膜一般都是用此方法制备的。此法通常用金属醇盐（如Al(OC₃H₇)₃、Ti(i-OC₃H₇)₃、Si(OCH₃)₄）为原料，在常温下经有机溶剂溶解后在水中通过快速搅拌使其水解；水解混合物经过脱醇后，在酸性条件（用盐酸，且pH＜1.1）下制成溶胶，然后将其涂在多孔支撑体的表层上；经过高温烧结便形成具有陶瓷特性的无机膜。利用该法制备陶瓷膜的关键是要制备出合乎要求的溶胶。在此基础上，控制水解温度、pH值、凝胶的焙烧温度等关键因素，可以得到不同规格（主要是膜的孔径有所差别，一般为1～100nm）的陶瓷膜。颜秀茹等采用sol-gel工艺制备的TiO₂陶瓷膜，涂膜孔径为0.17μm、耐酸碱性能好，再生恢复率高。我国早已将陶瓷超滤膜和微滤膜列入“九五”重点攻关计划之中。目前来看，开发的陶瓷膜在实际应用中已经获得了很大的成功。

1.2 粒子烧结法

基膜的制备一般都用固态粒子烧结法，该法起源于我国传统的烧陶工艺。基膜的制备是无机膜研究的基础，由于强度问题，无基体的无机膜没有任何实际应用价值，从另一方面说，只有有了较好的支撑体，溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等技术才有可能用于膜的制备。从这个意义上讲，基膜制备是无机膜制备的关键。其制备过程为：先将一定细度的无机粉料分散在溶剂中，再加入适量粘接剂制成悬浮液，然后成型制得坯膜，经高温烧结后便形成了多孔无机陶瓷膜或膜载体。用该法制备的陶瓷膜孔径可达0.1～10μm。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。试验表明：提高烧结温度，孔径减小，孔隙率降低，膜厚度随着浸浆时间的平方根呈线性增加，通过多次覆盖可以有效地减少膜的缺陷。

1.3 阳极氧化法

以高纯度金属箔为阳极，在酸性电解质溶液（如磷酸、硫酸）中进行阳极氧化，箔的一面将形成多孔性的氧化层，另一面的金属用酸溶解后就得到具有近似直孔结构的多孔膜，经过适当的热处理成为稳定的、孔径均匀的氧化物膜。该膜具有很好的耐溶剂性，通过改变氧化过程的条件可以得到不同孔径的氧化皮层。Ahmad T. Shawagfeh等使用阳极氧化法在高纯金属铝的一面得到孔径均匀的直孔多孔膜。

1.4 原位合成法

原位合成法也称原位晶华法，即在陶瓷或其它多孔载体（如玻璃、金属或合金）的孔口合成分子筛膜。目前该法制备分子筛膜的报道较多。如Jia MD等以陶瓷为载体原位合成硅沸石-陶瓷分子筛复合膜获得了成功。

1.5 化学气相沉淀法

化学气相沉淀法（CVD）又叫化学蒸发法，就是在陶瓷（或金属）基材表面以气相化学反应的方式形成一层陶瓷薄膜的方法，目前，用CVD法进行材料的合成已广泛应用于许多工业领域，特别是在陶瓷领域正受到重视。以前该法主要用于制备致密膜，但目前已证实通过选择适当的条件，该法同样可以用来制备多孔膜。有文献报道：利用此法将正硅酸乙酯分解制SiO₂膜已获得了成功。用CVD法制作的陶瓷膜也存在一些缺点，如反应不容易均匀成核，难以得到高质量的薄膜；析出物质中容易产生极大的热应力，容易引起薄膜的断裂等。如何利用其优点，克服其不足，是CVD法制作高质量微孔陶瓷膜下一步的重点。

此外，制备无机陶瓷膜的方法还很多，如溅射法、物理气相沉淀法（PVD）、原位制粒法等，限于篇幅原因，就不一一赘述。

2 无机陶瓷膜在水处理中的应用

2.1 在给水处理中的应用

微孔陶瓷膜分离技术在给水处理中的应用始于上世纪80年代初期，特别是在欧洲一些 ，如法国，意大利等国在这些方面的实践工作更是走在 的 。用微孔陶瓷膜进行给水处理的优点是能够保证更好核更可靠的水质，不用化学物质，特别适合于高附加值产品。用0.2μm陶瓷微滤膜过滤处理地下岩溶水所得的几个性质指标与未处理水的比较如表1所示。

表1：未处理岩溶水与处理水的性质比较性

从表中可以看出，陶瓷膜不仅能显著降低水的浊度（NTU）和有机物含量，而且能够对处理水进行脱金属处理，对细菌的去除率更为100%。在国内，山东工业陶瓷设计院研制的孔径为4.3μm的微孔陶瓷对总菌数31500，大肠菌群＜230的原水处理后，得到的处理水水质也优于 饮用水标准。

2.2 在废水处理中的应用

近年来，由于全球水资源紧缺，将陶瓷膜分离技术应用于废水的处理和再利用显得更加重要。从材料特点考虑，由于陶瓷膜可以在苛刻的条件下进行长期稳定的分离操作，这也决定了它在水处理领域应用的主要方向是废水处理，特别是工业废水的处理。

2.2.1 在处理含油废水中的应用

工业含油废水的种类极其繁多，大致有油田采出水、金属表面清洗水、石油化工厂排放的生产废水、各种润滑剂废水、乳化液废水等。这些废水若直接排放，将严重污染环境。由于含油废水往往具有难降解、易乳化等特点，常规方法处理难以得到理想的效果。无机陶瓷膜在处理含油废水方面具有突出的优势，表现在通量高，使用寿命长，且对膜的孔径大小要求相对较宽松。Simms等人采用了高分子膜和Membralox陶瓷膜对加拿大西部的重油采出水进行了处理，其通量相对较小。Hun等人用复合陶瓷膜，对浓度为600～11000ppm乳化液进行油水分离，油的去除率超过95%。日本近年来也对水溶性切削油的陶瓷膜处理作了详细的研究，并将其与有机膜作了比较，结果认为用陶瓷膜处理较为优越。这些结果表明：采用陶瓷膜处理工业含油废水是可行的，出水水质均能满足回注水或排放水的各项指标的要求。

2.2.2 在处理纺织废水中的应用

纺织染色工程均以水为介质，而且往往需要一次或多次水洗，用水量比较大，排放的废水对环境污染较重。在印染过程各工序排出的废水含有的主要污染物为：悬浮物、BOD有机物、COD染料、还原漂白剂、重金属（如铅、铬等）以及色度染料等，同时处理的难度很大。Soma等人利用无机微滤膜处理印染废水，膜孔径平均为0.2μm，压力1～0.5MPa，错流速度3～5m/s。实验结果表明：悬浮物、有机物的去除均效果明显，其中不溶性燃料去除率大于98%，通过加入一些表面活性剂可使可溶性染料的去除率大于97%；在陶瓷膜工业性试验中染料的去除率为80%，COD去除率为40%，通量为260～280L/(m²·h·MPa)。

2.2.3 在化工废水处理中的应用

化工行业在生产中产生的废水一般具有强酸、强碱或强腐蚀性，有机膜由于自身的弱点往往难以胜任。而对于像陶瓷膜之类的无机膜来说，恰恰是它们的强项，在处理这类废水时，它们具有独到的优势。NGK公司采用氧化铬陶瓷膜从盐酸溶液中回收ZiO₂细微粒子，用去离子水进行洗涤，以除去产品中的酸根，经过处理，洗涤水的电导率从200ms/cm下降到0.5ms/cm。实验也表明，用氧化铝陶瓷微滤膜在处理酸性废水时，取得了较好的效果。

2.2.4 在其它废水处理中的应用

无机陶瓷膜作为新型的膜分离技术，在各个领域的废水处理中都有不俗的表现。如对放射性废水，含重金属废水，城市生活污水，造纸废水的处理上，都效果明显。

3 无机陶瓷膜在水处理应用中的展望

无机陶瓷膜处理的各种废水涉及到社会的许多行业，市场容量巨大，估计其规模在亿元以上，经济、社会效益均比较明显。目前对无机膜过程及膜催化反应的研究较多，无机生物膜反应器的研究工作也开始起步，其良好的发展前景使之成为各国研究的热点。尽管陶瓷膜的研究与应用已经取得了很大的进展，但仍然存在许多制约其广泛应用的问题值得深入地研究和探讨，主要是如何降低陶瓷膜的生产成本；如何提高膜的分离效果及长时间维持膜通量的稳定性；如何扩展无机陶瓷膜的应用范围和应用深度。这些都应是今后陶瓷膜的制备和应用方面应重点突破的方向。