陶瓷膜——央视《走近科学》里的先进技术，你不想了解一下吗
来源：中国粉体网
所谓隔行如隔山，可能生活中还有很多人对陶瓷的认识还停留在自家的马桶上，顶多再联想到淡雅的青花瓷来个雅俗共赏。然而，迄今为止，随着先进陶瓷的兴起，陶瓷已经演绎了很多种新角色，比如：陶瓷刀、防弹衣、汽车部件、核武器（核反应堆控制棒），甚至还会飞到天上去（飞机发动机）…..并且还会继续扮演很多未知的角色。
接下来介绍的这项技术-陶瓷膜分离技术就是一项意义非凡的先进技术，尤其是对起步较晚，却走在世界前列的中国来说，需要更大的投入来促进产业化的发展。
概念及其原理
陶瓷膜又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料（氧化铝、氧化锆等）及稀土材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。陶瓷膜分为管式陶瓷膜和平板陶瓷膜两种。
管式陶瓷膜管壁密布微孔，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，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。
平板陶瓷膜板面密布微孔，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，以膜两侧的压力差为驱动力，膜为过滤介质，在一定压力作用下，当料液流过膜表面时，只允许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。
看完以上对陶瓷膜的介绍，你会不会冒出一句“这不就是个筛子或是滤网吗”
你想的还是太单纯了，其实，随着研究的不断深入，陶瓷膜不仅用以分离液体和固体，甚至可以用来分离气体，成为一种新气体分离技术。美国早在上个世纪就用陶瓷膜制备出了高纯氧气（99.9999%），这个不是简单地物理筛分，而是和电化学作用相结合的结果。央视《走近科学》栏目曾对这种分离技术进行了专题报道。
国内外研究现状
国外陶瓷膜的研究始于上世纪40年代，起初由军方掌握，属于军转民用产品，其制备技术已经趋于成熟，在上个世纪80年代，美国、日本、德国和法国相继出现商品化的陶瓷膜生产企业。像林德气体公司运用陶瓷膜分离气体的技术都已经非常成熟。美国甚至都已经将其运用到战场和太空中了。
“九五”期间，在国家重点科技攻关项目，国家“863计划”，国家自然科学基金的大力支持下，以徐南平院士为首的科研小组展开了对陶瓷膜技术的研究，成为了中国陶瓷膜技术产业化的探索者。他从零开始，艰苦创业，开展了陶瓷膜工业生产、人才培养、行业标准制定和推广应用工作，经过十几年的努力，终于在中国形成了能够与国际先进技术相竞争的陶瓷膜应用技术。
他们自主开发的陶瓷膜装备能够在化学反应存在的极端环境中，实现无清洗状况下3个月以上的连续稳定运行，这被认为是中国陶瓷膜装备能够在连续放大工业中应用的保证。
此外，由于行业技术门槛较高，国内能够生产无机陶瓷膜及成套装备的企业数量很少，具备规模化生产能力且产品品质稳定的企业更是十分稀少，导致行业内产能和市场份额都集中在少数公司中。然而由于陶瓷膜作为一个新兴产品在我国的发展时间还比较短，所以下游应用的普及率还有待进一步提升。而且根据陶瓷膜的技术性能，还有很多领域等待开发，未来市场的潜在空间还很大
陶瓷膜的优缺点
优点：
1、耐酸、耐碱、耐高温、耐有机溶剂。
2、化学稳定性好，机械强度大。
3、可反向冲洗。
4、孔径分布窄，分离时无需相变，分离效率高。
缺点：
1、生产工艺复杂，烧结后产品性能差异化大。
2、价格较高，一般是有机膜价格的数倍。
3、产品脆性大。
制备方法简述
目前制备陶瓷膜的方法主要有溶胶/凝胶法、粒子烧结法、阳极氧化法，此外，制备陶瓷膜的方法还有很多，像流延法、原位合成法、原位制粒法等。
陶瓷膜的应用
1、废水处理
陶瓷膜可以在苛刻的条件下进行长期稳定的分离操作，特别适合工业废水处理。目前陶瓷膜主要用于含油废水、化工及石化废水、造纸和纺织废水、生活污水及放射性废水的处理。
2、除菌过滤
陶瓷膜在食品工业中的应用主要是解决食品的质量问题。陶瓷膜用于牛奶、果酒、果汁、饮料、白酒、啤酒、饮用水等的除菌过滤，效果十分显著，其特别之处在于可以采用蒸气对整个设备进行消毒，使产品质量得到保证，对推动食品方面。
3、气体分离
采用独特的工艺和方法（涉及到电化学领域，对原料及工艺要求非常高），用陶瓷膜分离技术可以从空气中制得超高纯度的氧气、氢气等气体，且相比于变压吸附法，此方法分离气体更加彻底，纯度更高。
4、燃料电池
在固态燃料电池中，将陶瓷膜用作电解质，可以降低电池内阻，提高功率输出，从而在不需要高温的条件实现了中温化，操作温度降到500～700℃。这种新型燃料电池继承了高温固体氧化物燃料电池的优点，同时降低了成本。
5、海水淡化
由于陶瓷膜具有孔径分布窄，孔隙率高，稳定性高，而且单位膜面积处理量高，产水能力大，可以在海水中长期运行，可以做海水预处理。
6、航空航天
作为一种气体分离技术，可以应用到航空制氧及发电装备。
参考资料：
[1]胡兴军.陶瓷膜的开发现状及其发展前景.佛山陶瓷
[2]庚晋等.陶瓷膜技术及应用现状.现代技术陶瓷
[3]吴佶.陶瓷膜制备研究进展
[4]秦伟伟等.陶瓷膜在水处理中的应用与发展.