中國粉體網訊 陶瓷膜具有耐高溫、機械強度大、分離效率高、結構穩定等優點，日漸受人們的重視，在氣體過濾、污水處理、食品、制藥、精細化工等行業應用廣泛。
來源： 久吾高科
當前開發和應用的陶瓷膜主要有氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氧化硅、二氧化鈦等材質，其物相構成有單一相的，也有復合相的。不同原料制備的陶瓷膜，孔徑大小也有很大的差別，目前，氧化鋁陶瓷膜和碳化硅陶瓷膜孔徑大小已經優化到了3nm左右，但直觀表征很困難。
氧化鋁陶瓷膜制備工藝
1、支撐體的制備工藝
陶瓷膜要想在工業中得到應用，需要將膜和多孔陶瓷組裝在一起，多孔陶瓷作支撐體。支撐體一般選用氧化鋁、二氧化鈦、碳化硅等材質，在形式上主要是管式、平板式和多通道式，支撐體的結構設計和類型會影響陶瓷膜的分離效率。
在眾多材質中，氧化鋁是近年來國內外研究及應用最為廣泛的一種陶瓷膜材料。氧化鋁陶瓷支撐體的成型技術主要有干壓成型、擠出成型法、注漿成型法、流延成型法等。
干壓成型是實驗室最常用的方法，對有陶瓷粉末的金屬模具施加壓力，壓制成陶瓷生坯，高溫煅燒得到陶瓷樣品，此方法制得的陶瓷支撐體形狀簡單，常為片狀樣品，是制備平板狀支撐體的理想方法。
擠出成型是目前工業化生產陶瓷膜支撐體最常用的方法，多用于大規模工業生產管狀、蜂窩狀陶瓷樣品，國內外許多研究機構和生產廠商多采用此工藝制備支撐體。
流延成型主要用來制備薄的平板陶瓷膜支撐體，平均孔徑一般在0.2-1.0μm，該方法需要制備出合適的流延漿料才能進行。
注漿成型是一種非常簡便且靈活性很強的成形技術，但此工藝難以制備出多通道支撐體，加之工藝本身存在著漿料、孔徑分布不易控制及存在針孔、開裂等缺陷問題，故很少用在工業生產中。
除了制備方法之外，氧化鋁陶瓷支撐體的高滲透性往往取決于孔隙率、孔形態以及孔曲折程度。為提高陶瓷膜支撐體的孔隙率通常需要添加適當的造孔劑，造孔劑的種類、添加量及加入方式對支撐體孔徑影響很大。選擇與原料粒徑相當的造孔劑且以“水溶液”的方式加入時制得的支撐體性能較好。
2、分離層的制備工藝
陶瓷膜可分為對稱膜和非對稱膜兩種，對稱陶瓷膜是在是支撐體上制備一層孔徑為微米級的陶瓷膜，可直接用于工業過濾、除塵、汽車尾氣等。
制備對稱陶瓷膜兩層結構的原料粒徑要很相近，如果直接將小粒徑的分離膜層涂覆于支撐體上，由于分離膜層的粒徑過小，容易直接滲入支撐體中，造成支撐體孔隙堵塞，不能形成完整的小孔徑分離膜層，對膜的通透性造成不良影響，所以就需要先制備中間過渡層，再在其表面涂覆更小孔徑的分離膜層，形成三層結構的非對稱陶瓷膜。
非對稱陶瓷膜的結構示意圖
非對稱陶瓷膜中，支撐體提供機械支撐強度，孔徑1-20μm；中間過渡層連接支撐體和分離層，孔徑一般為1-5μm；分離膜層要求具有良好的分離效率，孔徑一般為0.8nm-1μm。
分離膜的制備工藝主要有溶膠凝膠工藝、陽極氧化工藝、水熱合成工藝、化學氣相沉積工藝（CVD）、反膠團微乳液工藝等，涂膜工藝主要有流延成型、浸漬、噴涂、噴涂 - 浸涂結合等。
浸漬涂膜法是將支撐體浸沒于有一定黏度的溶膠或粉末懸浮液中，以合適的速率提拉，干燥煅燒即可得到分離膜層，此方法具有操作簡單、成本低、成膜性能好等優勢，得到了廣泛的工業應用。
溶膠-凝膠法可制備納米級孔徑的陶瓷膜，但是存在燒結不易致密的問題。
化學氣相沉積工藝（CVD）可以實現對微孔膜的孔徑調控形成致密膜，并且可以在復雜形狀的支撐體表面形成膜。但該方法操作復雜，設備昂貴，不適合商業化大規模生產。
陽極氧化是利用電化學原理在支撐體表面形成膜，最常見用于Al2O3和TiO2分離膜的制備。由于設備限制，該法不適合在工業上大規模使用。
陶瓷膜孔徑檢測方法
陶瓷膜孔徑大小及分布、純水通量、氣體通量、切割分子量、離子截留率等是最主要的性能表征。孔徑大小和孔徑分布可以直觀反映陶瓷膜的技術水平，純水通量和離子截留率能直接評價陶瓷膜的滲透性能。
目前主要的檢測方法有以下幾種：
1）電子顯微鏡法（直觀、量取方便，容易有偏差）
2）泡點法（使用較早，范圍較廣）
3）液-液置換法（比泡點法更容易測到小孔徑的膜）
4）壓貢法（陶瓷膜測試中常見表征手段）
5）BJH氮氣吸附脫附法（只能測量非支撐陶瓷膜的孔徑分布）
6）溶質截留法
7）滲透孔度計法
隨著氧化鋁陶瓷膜的發展，氧化鋁陶瓷膜孔徑的優化方法也越來越多，開發滲透性能更好地氧化鋁陶瓷膜是廣大研究者關注的熱點，大孔和介孔氧化鋁陶瓷膜的制備技術越來越成熟。但目前尚無一種有效表征 手段可以全面直觀地檢測到膜的孔徑大小及其分布。
未來，開發更新的氧化鋁陶瓷膜原料、利用微觀理論制備小孔且滲透性能更好地親水陶瓷膜和探索新的孔徑檢測手段，是氧化鋁陶瓷膜技術領域未來的發展方向。
參考來源：
李婧等：氧化鋁陶瓷膜孔徑檢測方法研究進展
王峰等：多孔陶瓷膜支撐體的制備研究進展
孟凡朋等：擠出法制備陶瓷膜支撐體工藝過程及影響因素研究進展
周洋：納米孔徑可控陶瓷膜的制備與應用基礎研究
（中國粉體網編輯整理/空青）
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