中国粉体网讯 陶瓷膜具有耐高温、机械强度大、分离效率高、结构稳定等优点，日渐受人们的重视，在气体过滤、污水处理、食品、制药、精细化工等行业应用广泛。
来源： 久吾高科
当前开发和应用的陶瓷膜主要有氧化铝、氧化锆、碳化硅、氧化硅、二氧化钛等材质，其物相构成有单一相的，也有复合相的。不同原料制备的陶瓷膜，孔径大小也有很大的差别，目前，氧化铝陶瓷膜和碳化硅陶瓷膜孔径大小已经优化到了3nm左右，但直观表征很困难。
氧化铝陶瓷膜制备工艺
1、支撑体的制备工艺
陶瓷膜要想在工业中得到应用，需要将膜和多孔陶瓷组装在一起，多孔陶瓷作支撑体。支撑体一般选用氧化铝、二氧化钛、碳化硅等材质，在形式上主要是管式、平板式和多通道式，支撑体的结构设计和类型会影响陶瓷膜的分离效率。
在众多材质中，氧化铝是近年来国内外研究及应用最为广泛的一种陶瓷膜材料。氧化铝陶瓷支撑体的成型技术主要有干压成型、挤出成型法、注浆成型法、流延成型法等。
干压成型是实验室最常用的方法，对有陶瓷粉末的金属模具施加压力，压制成陶瓷生坯，高温煅烧得到陶瓷样品，此方法制得的陶瓷支撑体形状简单，常为片状样品，是制备平板状支撑体的理想方法。
挤出成型是目前工业化生产陶瓷膜支撑体最常用的方法，多用于大规模工业生产管状、蜂窝状陶瓷样品，国内外许多研究机构和生产厂商多采用此工艺制备支撑体。
流延成型主要用来制备薄的平板陶瓷膜支撑体，平均孔径一般在0.2-1.0μm，该方法需要制备出合适的流延浆料才能进行。
注浆成型是一种非常简便且灵活性很强的成形技术，但此工艺难以制备出多通道支撑体，加之工艺本身存在着浆料、孔径分布不易控制及存在针孔、开裂等缺陷问题，故很少用在工业生产中。
除了制备方法之外，氧化铝陶瓷支撑体的高渗透性往往取决于孔隙率、孔形态以及孔曲折程度。为提高陶瓷膜支撑体的孔隙率通常需要添加适当的造孔剂，造孔剂的种类、添加量及加入方式对支撑体孔径影响很大。选择与原料粒径相当的造孔剂且以“水溶液”的方式加入时制得的支撑体性能较好。
2、分离层的制备工艺
陶瓷膜可分为对称膜和非对称膜两种，对称陶瓷膜是在是支撑体上制备一层孔径为微米级的陶瓷膜，可直接用于工业过滤、除尘、汽车尾气等。
制备对称陶瓷膜两层结构的原料粒径要很相近，如果直接将小粒径的分离膜层涂覆于支撑体上，由于分离膜层的粒径过小，容易直接渗入支撑体中，造成支撑体孔隙堵塞，不能形成完整的小孔径分离膜层，对膜的通透性造成不良影响，所以就需要先制备中间过渡层，再在其表面涂覆更小孔径的分离膜层，形成三层结构的非对称陶瓷膜。
非对称陶瓷膜的结构示意图
非对称陶瓷膜中，支撑体提供机械支撑强度，孔径1-20μm；中间过渡层连接支撑体和分离层，孔径一般为1-5μm；分离膜层要求具有良好的分离效率，孔径一般为0.8nm-1μm。
分离膜的制备工艺主要有溶胶凝胶工艺、阳极氧化工艺、水热合成工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、反胶团微乳液工艺等，涂膜工艺主要有流延成型、浸渍、喷涂、喷涂 - 浸涂结合等。
浸渍涂膜法是将支撑体浸没于有一定黏度的溶胶或粉末悬浮液中，以合适的速率提拉，干燥煅烧即可得到分离膜层，此方法具有操作简单、成本低、成膜性能好等优势，得到了广泛的工业应用。
溶胶-凝胶法可制备纳米级孔径的陶瓷膜，但是存在烧结不易致密的问题。
化学气相沉积工艺（CVD）可以实现对微孔膜的孔径调控形成致密膜，并且可以在复杂形状的支撑体表面形成膜。但该方法操作复杂，设备昂贵，不适合商业化大规模生产。
阳极氧化是利用电化学原理在支撑体表面形成膜，最常见用于Al2O3和TiO2分离膜的制备。由于设备限制，该法不适合在工业上大规模使用。
陶瓷膜孔径检测方法
陶瓷膜孔径大小及分布、纯水通量、气体通量、切割分子量、离子截留率等是最主要的性能表征。孔径大小和孔径分布可以直观反映陶瓷膜的技术水平，纯水通量和离子截留率能直接评价陶瓷膜的渗透性能。
目前主要的检测方法有以下几种：
1）电子显微镜法（直观、量取方便，容易有偏差）
2）泡点法（使用较早，范围较广）
3）液-液置换法（比泡点法更容易测到小孔径的膜）
4）压贡法（陶瓷膜测试中常见表征手段）
5）BJH氮气吸附脱附法（只能测量非支撑陶瓷膜的孔径分布）
6）溶质截留法
7）渗透孔度计法
随着氧化铝陶瓷膜的发展，氧化铝陶瓷膜孔径的优化方法也越来越多，开发渗透性能更好地氧化铝陶瓷膜是广大研究者关注的热点，大孔和介孔氧化铝陶瓷膜的制备技术越来越成熟。但目前尚无一种有效表征 手段可以全面直观地检测到膜的孔径大小及其分布。
未来，开发更新的氧化铝陶瓷膜原料、利用微观理论制备小孔且渗透性能更好地亲水陶瓷膜和探索新的孔径检测手段，是氧化铝陶瓷膜技术领域未来的发展方向。
参考来源：
李婧等：氧化铝陶瓷膜孔径检测方法研究进展
王峰等：多孔陶瓷膜支撑体的制备研究进展
孟凡朋等：挤出法制备陶瓷膜支撑体工艺过程及影响因素研究进展
周洋：纳米孔径可控陶瓷膜的制备与应用基础研究
（中国粉体网编辑整理/空青）
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