陶瓷納濾膜以其獨特的熱穩定性和化學穩定性，耐有機溶劑，消毒、再生、反向沖洗均極為方便等性能，廣泛應用于石油和化學工業、醫藥、冶金等涉及苛刻體系的過程工業領域，目前已成為膜領域發展最迅速、最具有應用前景的膜材料之一。下面小編就陶瓷納濾膜制備方法及應用進行簡要介紹。

一、陶瓷納濾膜概述

1、納濾技術

納濾技術是介于超濾與反滲透之間的一種新型壓力驅動型分離技術，不僅能通過篩分作用有效分離相對分子質量在200～1000的物質，也可通過靜電作用產生Donnan效應，對二價及高價離子有較高的去除率。

納濾技術示意圖

近年來，納濾技術已在石油化工、食品加工、廢水處理、醫藥技術及能源等行業過程中逐漸占據重要地位，是實現可持續發展的共性技術。

2、陶瓷納濾膜

納濾膜材料是納濾技術的關鍵核心。陶瓷納濾膜具有優異的熱穩定性、化學穩定性、機械強度高、耐酸堿及微生物侵蝕、耐氯和其它氧化性物質、抗污染等優點，目前已成為膜領域發展最迅速、最具有應用前景的膜材料之一。

陶瓷納濾膜根據頂層膜材料劃分為：

單組分陶瓷納濾膜材料：SiO₂、γ-Al₂O₃、 TiO₂、ZrO₂、HfO₂等。

復合陶瓷納濾膜材料：SiO₂-ZrO₂、TiO₂-ZrO₂、Y2O₃-ZrO₂等。

陶瓷納濾膜性能特點

二、陶瓷納濾膜制備方法

陶瓷納濾膜的制備技術主要有溶膠-凝膠技術和修飾技術。

1、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法可有效調節陶瓷膜孔徑，是制備陶瓷納濾膜的常用技術。溶膠-凝膠法主要分為：聚合溶膠法、顆粒溶膠法。

溶膠-凝膠技術優點是：具有反應均勻、精確可控且操作相對簡單等，特別適用于大規模工業化生產。

陶瓷納濾膜結構

（1）聚合溶膠法

聚合溶膠法是目前制備陶瓷納濾膜最常用的技術路線，較易實現孔徑小于2nm的陶瓷微孔膜的制備。聚合溶膠法制備陶瓷膜分離孔徑由聚合物進一步水解、縮聚后，高度枝化的簇枝間相互堆疊所形成的網絡結構的尺寸所決定。該方法關鍵是加入少量水并嚴格控制醇鹽的水解及縮聚反應相對速率，使形成的溶膠體系中具有大量部分水解及縮聚的低支簇狀聚合物。

陶瓷納濾膜（TiO₂-ZrO₂）

目前，國內外多所研究院校采用聚合溶膠法實現了陶瓷納濾膜的制備，包括 SiO₂、γ-Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂ 等單組分材料及Y₂O₃-ZrO₂、TiO₂-ZrO₂等復合材料，所制備的納濾膜截留相對分子質量在200～1000，甚至可用于滲透汽化及氣體分離領域。

不同材質陶瓷納濾膜性能比較

（2）顆粒溶膠法

顆粒溶膠法是通過對水解沉淀物進行物理解膠，從而形成具有穩定分散顆粒的溶膠的過程。采用該方法制備的材料主要是通過顆粒間堆積以形成分離孔，其難點在于獲得粒徑小于10nm的溶膠顆粒及控制材料堆積孔徑在熱處理工藝中小于2nm。

顆粒溶膠法和聚合凝膠法的區別在于前體的水解程度不同，聚合凝膠法的前體是部分水解的，而顆粒溶膠法的前體是完全水解的。

2、修飾技術

修飾技術主要包括薄膜沉積技術（如化學氣相沉積技術、原子層沉積技術等）及表面接枝技術等，其制備原理及方法為陶瓷納濾膜的研制提供了新的途徑及思路。

（1）化學氣相沉積技術（CVD）

化學氣相沉積技術是以金屬-有機化合物前體為原料，借助分子水平上的氣相化學反應在多孔基底表面進行分離層材料沉積的，目前，CVD技術已被用于陶瓷納濾膜的制備。

化學氣相沉積技術優點是：可有效調控孔結構，還可在減小陶瓷納濾膜孔徑的同時，修復陶瓷納濾膜表面的缺陷。

（2）原子層沉積技術

原子層沉積技術是一種新興的自限氣相薄膜沉積技術，適合各種分離精度陶瓷膜的制備。目前，原子層沉積技術已實現 SiO₂、TiO₂及Al₂O₃納濾膜的制備。

原子層沉積設備系統

原子層沉積技術優點是：可精確調控膜層厚度在埃級或單分子層水平，其自限特性可嚴格控制每步沉積，使每步周期內均反應完全且無表面遺漏，因此制備的薄膜材料均勻平整、連續且無缺陷。

三、陶瓷納濾膜應用

1、化工領域

（1）在石油化工領域應用于催化劑回收。

在石化和化工生產中，催化劑的應用非常廣泛，反應后一般需要對產物和催化劑進行分離。陶瓷納濾膜具有良好的耐熱、耐化學溶劑和較好的機械強度，在催化反應固液分離中采用錯流過濾方式，具有耐高溫、耐酸堿、耐溶劑等材料優勢，與反應器耦合，可充分提高反應器的效率，分離精度高，可分離納米級催化劑。

陶瓷納濾膜應用于石油化工領域催化劑回收

（2）在氯堿化工領域應用于鹽水精制

陶瓷納濾膜具有耐污染性、壽命長等優異性能，廣泛應用于氯堿化工領域。采用高效的“錯流”過濾方式，有著其它精制及過濾技術難以達到效果和優勢。

陶瓷納濾膜應用于鹽水精制

2、醫藥精細分離

陶瓷材料復合納濾膜與傳統有機膜相比，具有分離精度高、濾液質量有保證、可維持高通量過濾、產品收率高、廢水量少、清洗頻率少、無需添加助劑等獨特優勢，可實現目標產品的脫鹽和預濃縮，已成功應用于谷氨酸、檸檬酸、衣康酸、維生素C等生物企業。

陶瓷復合納濾膜應用于醫藥精細分離

3、環保水處理

以陶瓷膜+有機膜為核心的集成工藝，廣泛適用于：含油廢水處理、冶金廢水處理、化工廢水治理、造紙廢水治理、大型純水及超純水制備、電廠濃鹽水零排放等。

陶瓷膜應用于污水處理

4、氣體凈化

以陶瓷納濾膜為核心的集成工藝處理技術，具有分離精度高、流程短、耐酸堿、耐高溫、耐污染等獨特優勢，廣泛應用于工業煙氣脫硫、高爐固氣分離、汽車尾氣處理等。

陶瓷納濾膜應用于汽車尾氣處理

5、新材料領域

陶瓷納濾膜能有效脫除漿料中的雜質離子，高效制備超細超純納米粉體，目前，已應用于納米催化劑、超純有色金屬等納米粉體的純化。也可用于鋰電池、石墨烯等材料納米顆粒的純化過程，可使生產過程中的雜質成分及時脫除，利于產品成品率的提高。

參考文獻：1、漆虹，李世大，江曉駱等，TiO₂納濾膜的制備及其離子截留性能。

2、李祥，張忠國，任曉晶等，納濾膜材料研究進展。

3、范益群，漆虹，徐南平，多孔陶瓷膜制備技術研究進展。

4、蔡媛媛，顆粒溶膠路線制備TiO₂納濾膜研究。

作者：李波濤