陶瓷納濾膜以其獨(dú)特的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，耐有機(jī)溶劑，消毒、再生、反向沖洗均極為方便等性能，廣泛應(yīng)用于石油和化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥、冶金等涉及苛刻體系的過程工業(yè)領(lǐng)域，目前已成為膜領(lǐng)域發(fā)展最迅速、最具有應(yīng)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(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

一、陶瓷納濾膜概述

1、納濾技術(shù)

納濾技術(shù)是介于超濾與反滲透之間的一種新型壓力驅(qū)動(dòng)型分離技術(shù)，不僅能通過篩分作用有效分離相對(duì)分子質(zhì)量在200～1000的物質(zhì)，也可通過靜電作用產(chǎn)生Donnan效應(yīng)，對(duì)二價(jià)及高價(jià)離子有較高的去除率。

納濾技術(shù)示意圖

近年來，納濾技術(shù)已在石油化工、食品加工、廢水處理、醫(yī)藥技術(shù)及能源等行業(yè)過程中逐漸占據(jù)重要地位，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的共性技術(shù)。

2、陶瓷納濾膜

納濾膜材料是納濾技術(shù)的關(guān)鍵核心。陶瓷納濾膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度高、耐酸堿及微生物侵蝕、耐氯和其它氧化性物質(zhì)、抗污染等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為膜領(lǐng)域發(fā)展最迅速、最具有應(yīng)用前景的膜材料之一。

陶瓷納濾膜根據(jù)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(fù)合陶瓷納濾膜材料：SiO₂-ZrO₂、TiO₂-ZrO₂、Y2O₃-ZrO₂等。

陶瓷納濾膜性能特點(diǎn)

二、陶瓷納濾膜制備方法

陶瓷納濾膜的制備技術(shù)主要有溶膠-凝膠技術(shù)和修飾技術(shù)。

1、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法可有效調(diào)節(jié)陶瓷膜孔徑，是制備陶瓷納濾膜的常用技術(shù)。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(shù)優(yōu)點(diǎn)是：具有反應(yīng)均勻、精確可控且操作相對(duì)簡(jiǎn)單等，特別適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

陶瓷納濾膜結(jié)構(gòu)

（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(shù)路線，較易實(shí)現(xiàn)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(jìn)一步水解、縮聚后，高度枝化的簇枝間相互堆疊所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的尺寸所決定。該方法關(guān)鍵是加入少量水并嚴(yán)格控制醇鹽的水解及縮聚反應(yīng)相對(duì)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(nèi)外多所研究院校采用聚合溶膠法實(shí)現(xiàn)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(fù)合材料，所制備的納濾膜截留相對(duì)分子質(zhì)量在200～1000，甚至可用于滲透汽化及氣體分離領(lǐng)域。

不同材質(zhì)陶瓷納濾膜性能比較

（2）顆粒溶膠法

顆粒溶膠法是通過對(duì)水解沉淀物進(jìn)行物理解膠，從而形成具有穩(wěn)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(diǎn)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(qū)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(shù)

修飾技術(shù)主要包括薄膜沉積技術(shù)（如化學(xué)氣相沉積技術(shù)、原子層沉積技術(shù)等）及表面接枝技術(shù)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(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）

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

化學(xué)氣相沉積技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：可有效調(diào)控孔結(jié)構(gòu)，還可在減小陶瓷納濾膜孔徑的同時(shí)，修復(fù)陶瓷納濾膜表面的缺陷。

（2）原子層沉積技術(shù)

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

原子層沉積設(shè)備系統(tǒng)

原子層沉積技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：可精確調(diào)控膜層厚度在埃級(jí)或單分子層水平，其自限特性可嚴(yán)格控制每步沉積，使每步周期內(nèi)均反應(yīng)完全且無表面遺漏，因此制備的薄膜材料均勻平整、連續(xù)且無缺陷。

三、陶瓷納濾膜應(yīng)用

1、化工領(lǐng)域

（1）在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用于催化劑回收。

在石化和化工生產(chǎn)中，催化劑的應(yīng)用非常廣泛，反應(yīng)后一般需要對(duì)產(chǎn)物和催化劑進(jìn)行分離。陶瓷納濾膜具有良好的耐熱、耐化學(xué)溶劑和較好的機(jī)械強(qiáng)度，在催化反應(yīng)固液分離中采用錯(cuò)流過濾方式，具有耐高溫、耐酸堿、耐溶劑等材料優(yōu)勢(shì)，與反應(yīng)器耦合，可充分提高反應(yīng)器的效率，分離精度高，可分離納米級(jí)催化劑。

陶瓷納濾膜應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域催化劑回收

（2）在氯堿化工領(lǐng)域應(yīng)用于鹽水精制

陶瓷納濾膜具有耐污染性、壽命長等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于氯堿化工領(lǐng)域。采用高效的“錯(cuò)流”過濾方式，有著其它精制及過濾技術(shù)難以達(dá)到效果和優(yōu)勢(shì)。

陶瓷納濾膜應(yīng)用于鹽水精制

2、醫(yī)藥精細(xì)分離

陶瓷材料復(fù)合納濾膜與傳統(tǒng)有機(jī)膜相比，具有分離精度高、濾液質(zhì)量有保證、可維持高通量過濾、產(chǎn)品收率高、廢水量少、清洗頻率少、無需添加助劑等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品的脫鹽和預(yù)濃縮，已成功應(yīng)用于谷氨酸、檸檬酸、衣康酸、維生素C等生物企業(yè)。

陶瓷復(fù)合納濾膜應(yīng)用于醫(yī)藥精細(xì)分離

3、環(huán)保水處理

以陶瓷膜+有機(jī)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(yīng)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(shù)，具有分離精度高、流程短、耐酸堿、耐高溫、耐污染等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)煙氣脫硫、高爐固氣分離、汽車尾氣處理等。

陶瓷納濾膜應(yīng)用于汽車尾氣處理

5、新材料領(lǐng)域

陶瓷納濾膜能有效脫除漿料中的雜質(zhì)離子，高效制備超細(xì)超純納米粉體，目前，已應(yīng)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(chǎn)過程中的雜質(zhì)成分及時(shí)脫除，利于產(chǎn)品成品率的提高。

參考文獻(xiàn)：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(jìn)展。

3、范益群，漆虹，徐南平，多孔陶瓷膜制備技術(shù)研究進(jìn)展。

4、蔡媛媛，顆粒溶膠路線制備TiO₂納濾膜研究。

作者：李波濤