陶瓷膜屬于無(wú)機(jī)膜的一種，從20世紀(jì)90年代正式工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到環(huán)境工程、生物制藥工程、食品飲料工業(yè)、紡織印染工業(yè)、化工冶金石油業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。目前陶瓷膜的形式主要分為管式、多通道式、平板式和中空纖維式，這四者里中空纖維陶瓷膜的管外徑小（1~5㎜）、管壁?。?.1-1.5㎜），因此具有裝填密度大，有效膜面積大、厚度小、分離效率高的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。而一般管式和多通道形式的裝填密度低于300㎡/m，中空纖維則高達(dá)30000㎡/m。

中空纖維陶瓷膜通常為由單層或多層陶瓷材料構(gòu)成的不對(duì)稱或復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)一般具有一個(gè)大孔支撐層，一到兩個(gè)中間過(guò)渡層和一個(gè)多微孔或致密表面，作用分別是為機(jī)械支撐、連接層和有效分離層（如圖1所示）。與普通陶瓷膜相比，既具備了無(wú)機(jī)膜所具有的高熱、化學(xué)穩(wěn)定性、高透過(guò)率、使用壽命長(zhǎng)和機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還擁有裝填密度大、膜壁薄、滲透通量高、分離效率高，以及節(jié)省原料、易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化的特點(diǎn)。

圖1.中空纖維陶瓷膜的結(jié)構(gòu)示例圖

中空纖維陶瓷膜的制備方法

中空纖維陶瓷膜的制備方法有模板法、靜電紡絲法、擠壓成型法、相轉(zhuǎn)化法。

①模板法

模板法是指以有機(jī)聚合物中空纖維或活化碳纖維為模板，先將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的模板浸入預(yù)先制備的穩(wěn)定氧化物先驅(qū)體溶膠中，通過(guò)浸漬涂覆法，在纖維模板表面形成一層凝膠層，然后經(jīng)干燥和高溫?zé)色@得中空纖維陶瓷膜。值得注意的是模板法制備中空纖維陶瓷膜，需預(yù)先采用金屬醇鹽制備穩(wěn)定的聚合物溶膠，并且需要經(jīng)過(guò)多次涂覆才能獲得合適厚度的凝膠層，工藝過(guò)程復(fù)雜，制備的膜易開(kāi)裂和變形，不適合進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，所以主要用于實(shí)驗(yàn)室中空纖維膜的制備。

②靜電紡絲法

靜電紡絲法是指在高壓靜電作用下，使金屬醇鹽聚合物溶膠通過(guò)帶內(nèi)插管的中空針狀紡絲頭流出而成型，并通過(guò)注射芯液形成中空結(jié)構(gòu)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可連續(xù)成型，因而適用于大批量陶瓷中空纖維制備。目前靜電紡絲法已成功用于ZrO2、Al2O3、TiO2、BaTiO3、La2CuO4等多種材質(zhì)納米陶瓷中空纖維的制備，制備的納米纖維在催化、藥物釋放、射流技術(shù)、分離與凈化、氣體儲(chǔ)存、能量轉(zhuǎn)換和氣體傳感器及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

③擠壓成型法

擠壓成型法制備中空纖維陶瓷膜的方法與過(guò)程與單通道管式陶瓷膜類似，僅在模具形狀和尺寸大小上不同。制備過(guò)程如下：

（1）將適當(dāng)質(zhì)量配比的陶瓷粉料、添加劑（包括塑化劑、潤(rùn)滑劑、粘結(jié)劑、分散劑等）和水混合均勻后，經(jīng)真空練泥制成塑性泥料

（2）將泥料置于合適濕度的密閉環(huán)境中陳腐24小時(shí)以上，利用各種成型機(jī)械進(jìn)行擠壓成型

（3）進(jìn)行干燥和高溫?zé)伞?/p>

擠壓成型法廣泛用于各種陶瓷材料的制造，技術(shù)成熟，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是制備的中空纖維陶瓷膜為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，管壁較厚，被用作微濾膜或超濾膜時(shí)滲透通量低。所以該法多用于中空纖維復(fù)合陶瓷膜支撐體的制備。

④相轉(zhuǎn)化法

相互轉(zhuǎn)化法制模，就是制備一定組成的均相聚合物溶液，通過(guò)一定的物理方法使溶液中的溶劑與周圍環(huán)境中的非溶劑發(fā)生傳質(zhì)交換，改變?nèi)芤旱臒崃W(xué)狀態(tài)，使其從均相的聚合物溶液發(fā)生相分離，*終轉(zhuǎn)變成一個(gè)三維大分子網(wǎng)絡(luò)式凝膠結(jié)構(gòu)，該凝膠結(jié)構(gòu)中聚合物是連續(xù)相，分散相為聚合物稀相洗脫后留下的孔狀結(jié)構(gòu)。相轉(zhuǎn)化法在中空纖維陶瓷膜制備上具有過(guò)程簡(jiǎn)單易控制、成本低、制備的膜微觀結(jié)構(gòu)可控和可通過(guò)一步成型獲得非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的高滲透性膜等優(yōu)點(diǎn)。既可用于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微濾膜、超濾膜和反滲透膜等的制備，又可適用于對(duì)稱結(jié)構(gòu)或非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微孔濾膜制備。