标题：陶瓷膜
概念解读
管式陶瓷膜  陶瓷膜陶瓷膜（ceramic membrane）是无机膜中的一种，主要由Al2O3，Zr02，Ti02和Si02等无机材料制备的多孔膜，其孔径为1－50nm。具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂:机械强度大，可反向冲洗:抗微生物能力强:耐高温:孔径分布窄，分离效率高等特点，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、治金工业等领域得到了广泛的应用，其市场销售额以35%的年增长率发展着。陶瓷膜与同类的塑料制品相比，造价昂贵，但又具有许多优点，它坚硬、承受力强、耐用、不易阻塞，对具有化学侵害性液体和高温清洁液有更强的抵抗能力，其主要缺点就是价格昂贵制造过程复杂。 
2004年7月，北美陶瓷技术公司顺利完成了其价值超过500万美元的新型双磨盘研磨机的组装，该设备在制备超薄陶瓷膜的生产技术上首屈一指，这同时也使得公司在制备超平、超完整陶瓷膜上的技术大大提升。中国南京工业大学完成了低温烧结多通道多孔陶瓷膜，该项目的研究对于提高中国陶瓷膜的质量、降低成本具有重要意义。多孔陶瓷膜由于具有优异的耐高温、耐溶剂、耐酸碱性能和机械强度高、容易再生等优点:在食品、生物、化工、能源和环保领域应用广泛。但在其应用中存在两大难题：一是多孔陶瓷膜的高成本，尤其是支撑体材料的成本高。二是有限的陶瓷品种与纷繁复杂存在着矛盾。商品化的陶瓷膜只有有限的几种规格，这就对特定孔结构的陶瓷膜制备提出了更高的要求。平板膜实验装置己商品化的多孔陶瓷膜的构形主要有平板、管式和多通道3种。平板膜主要用于小规模的工业生产和实验室研究。管式膜组合起米形成类似于列管换热器的形式，可增大膜装填而积，但由于其强度问题，己逐步退出工业应用。规模应用的陶瓷膜，通常采用多通道构形，即在一圆截面上分布着多个通道，一般通道数为7，19和37。无机陶瓷膜的主要制备技术有：采用固态粒子烧结法制备载体及微滤膜，采用溶胶－凝胶法制各超滤膜：采用分相法制备玻璃膜：采用专门技术(如化学气相沉积、无电镀等)制备微孔膜或致密膜。其基本理论涉及材料学科的胶体与表面化学、材料化学、固态离子学、材料加工等。 从发展趋势米看，陶瓷膜制备技术的发展主要在以下2方面：一是在多孔膜研究方而，进一步完善己商品化的无机超滤和微滤膜，发展具有分子筛分功能的纳滤膜、气体分离膜和渗透汽化膜:二是在致密膜研究中，超薄金属及其合金膜及具有离子混合传导能力的固体电解质膜是研究的热点。已经商品化的多孔膜主要是超滤和微滤膜，其制备方法以粒子烧结法和溶胶－凝胶法为主。前者主要用于制各微孔滤膜，应用广泛的商品化A1203膜即是由粒子烧结法制备的。
主要种类
  陶瓷膜陶瓷过滤膜2004年8月，由北京迈胜普技术有限公司与山东鲁抗医药有限公司研制的陶瓷膜过滤系统用于某种抗生素的分离提纯获得成功，这不仅优化了此种抗生素的生产工艺，而目使抗生素收率提高15%，这是中国首次将陶瓷膜技术运用于抗生素生产。抗生素的分离提纯，必须经过对发酵液的过滤和对滤出的药液进行树脂交换。许多抗生素生产企业对氨基糖苷类抗生素发酵液的分离提纯均采用真空转鼓过滤器，这种工艺需先将发酵液酸化调至一定的pH值，然后用敷设助滤剂层的真空转鼓过滤器进行预过滤，再用板框进行复滤及树脂交换。采用这种工艺不仅过程繁琐，而目有效成分收率低，仅过滤和树脂交换过程的收率损失达30%。而运用“迈胜普”与“鲁抗”共同研制的陶瓷膜过滤系统分离提纯某种抗生素，却能使有效成分在过滤过程的收失损提高近5%，在树脂交换过程中的收率提高10%以上。 西方发达国家在食品工业、石化工业、环境保护、生化制药等许多领域对膜技术的应用越来越广泛，而用无机材料制成的过滤膜(陶瓷膜就是一种无机过滤膜)的发展前景有可能比有机过滤膜更好。对于面临抗生素政策性降价和抗菌药限售双重压力的众多抗生素生产企业而言，通过创新工艺提高产品收率和质量不失为降低成本的明智选择，而以陶瓷膜技术改进现行抗生素分离提纯工艺有可能成为降成本、提高效益的突破口。镀陶瓷包装膜在食品包装领域，引人注目的是具有高功能性和良好环保适应性的透明镀陶瓷膜。这种膜尽管价格较高，物理性能还有待进一步改进，但可预期在不远的将来它将在食品包装材料中占据重要的地位。陶瓷膜的加工镀膜方法与通常的镀金属方法相似，基本上按己知的加工法进行。镀陶瓷膜由PET(12μm)陶瓷(Si0x)组成。氧化硅能分成4类，即Si0,Si304，Si203，Si02。然而，在自然界它们通常以Si02形式存在，因此根据镀金属条件，它们的变化很大。对这种膜的主要要求是具有良好的透明度、极佳的阻隔性、优良的耐蒸煮性、较好的可透过微波性与良好的环境保护性以及良好的机械性能。 镀陶瓷膜基本上可以用制作镀铝膜一样的条件制取，在制取过程中，仔细处理表面层，不使镀层受到损伤是极其重要的。由于这种膜是由氧化硅处理的，表面具有极好的润湿性，因此，它在油墨或粘合剂的选择范围上比较广，几乎与任何油墨或粘合剂都能亲和。聚氨酯类粘合剂是最可取的粘合剂，而油墨可以按用途任意选择，不用进行表面处理。然而，镀陶瓷膜像镀铝膜那样容易向聚乙烯复合，因为PET膜作为基材料，当其氧化硅表而直接熔融聚乙烯高温涂布或复合时，易趋向于伸长，从而破坏氧化硅表面层，导致阻隔性下降。同时，由于技术工艺上的问题，PET膜在镀陶瓷过程中有时会发生卷曲，从而影响膜的质量。当然，这类问题正得到解决。 
镀陶瓷膜首先用作细条实心面的调味品包装材料。其优良的包装性能引起了人们的注意。由于这种膜保味性极佳，因此，尤其适合于包装易升华产品，如茶(樟脑)之类的易挥发材质。由于其极好的阻隔性，除了作为高阻隔性包装材料和作食品包装材料用外、预计还可用在微波容器上作为盖材，在调味品、精密机械零配件、电子零件、药物和医药仪器等方而作为包装材料。随着加工技术的进一步发展，如果这种膜在成本上大幅下降，那么它将得到迅速推广和应用。燃料电池陶瓷膜中国863计划固体氧化物燃料电池(SOFC)项目经过对新型中温固体氧化物陶瓷膜燃料电池的长期研制，把陶瓷膜制备技术开拓应用于SOFC的制作，把通常SOFC的高温(1000－900℃ )拓延到中温阶段(700－500℃ )。中国科技大学无机膜研究所已经研制成功的新型中温陶瓷膜燃料电池，是一种以陶瓷膜作为电解质的燃料电池。电池部件薄膜化以后，降低了电池的内阻，提高了有用功率的输出，不需要高温的条件下实现了中温化，操作温度降到700－500℃。这种新型燃料电池继承了高温SOFC的优点，同时降低了成本。此类陶瓷膜燃料电池具有广阔的应用前景。琥珀陶瓷隔热膜2004年8月，基于金属膜对无线电信号的干扰和容易氧化等缺点，中国韶华科技公司携手德国某著名工业研究机构共同开发融入纳米蜂窝陶瓷技术，并将韶华科技独有的真空溅射技术用于陶瓷隔热膜的生产上，创造了独一无二的琥珀陶瓷隔热膜，解决了金属膜无法逾越的技术问题。对无线电信号无任何干扰，特别是卫星的短波信号，绝不氧化，因为陶瓷超乎寻常的稳定性，从而保证隔热性能始终如一。永不褪色，陶瓷隔热膜采用陶瓷固有的颜色，不添加任何颜料，囚此，陶瓷隔热膜绝不会像染色金属会发生褪色现象。超级耐用，陶瓷隔热膜保质期为10年，金属膜一般为5年。经典美感，象琉泊一样的晶莹剔透的美感，色泽柔和，拥有最舒适的视觉效果。琥珀纳米陶瓷隔热膜最先应用于美国的航天飞机和国际空间站，而后广泛应用于汽车、建筑、海事等各个领域。由于技术敏感，直到2003年该产品才在中国销售。
发展概况
陶瓷膜的研究始于20世纪40年代，其发展可分为3个阶段:用于铀的同位素分离的核工业时期，于20世纪80年代建成了膜面积达400万平方米的陶瓷膜的富集256UF6工厂，以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离时期和以膜催化反应为核心的全面发展的时期。 通过这3个阶段的发展，无机陶瓷膜分离技术己初步产业化。20世纪80年代初期成功地在法国的奶业和饮料(葡萄酒、啤酒、苹果酒)业推广应用后，其技术和产业地位逐步确立，应用也己拓展至食品工业、生物工程、环境工程、化学工程、石油化工、冶金工业等领域，成为苛刻条件下精密过滤分离的重要新技术。1998年网上公布的膜和膜设备生产厂家及经营公司达452家，其中金属膜厂50家，陶瓷膜生产厂94家。 
无机分离膜领域所占的市场份额还比较小，1997年美国无机膜市场销售额为1亿美元，其中陶瓷膜占80%左右，仅占膜市场的9% 。另据估计，2004年世界陶瓷膜的市场销售额约超过100亿美元，无机膜的市场占有率占12%。由于陶瓷膜在精密过滤分离中的成功应用，其市场销售额以35%的年增长率发展。
运用技术
陶瓷膜运用技术也称陶瓷膜分离技术(Inorganic Membrane Technology)，是20世纪开发成功的新兴高效、精密分离技术。它是材料科学与传质分离技术交叉结合，以分离效率高、设备简单、操作方便和节能等优点被各个领域广泛应用。工业用陶瓷膜发展迅速，成为能源、资源、环保、冶金、轻工、化工、石油化工、生物化工等工业过程技术进步的支撑技术。 陶瓷膜的发展始于20世纪40年代，自80年代起采用陶瓷、金属、金属氧化物及玻璃等无机材料制成的陶瓷膜，以其优异的化学稳定性、热稳定性及高机械强度等特点，逐步成为膜分离技术的主导技术。陶瓷膜分离技术其工艺和设备已商品化，在苛刻条件下，对高温高压、腐蚀性体系，表现出有机膜所不具备的功能。
陶瓷膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为分离科学中最重要的手段之一。 
膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性。一直以来，膜的概念都没有明确的定义，从事不同领域研究的专家们对于膜的定义理解并不完全相同，不过表达的基本意思是一样的。1984年，Lakshminarayanaiah把膜广义地定义为“起栅栏作用，阻止块体移动而允许一个或几个物类有序通过的相”。膜从广义上可定义为两相之间的一个不连续区间。这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比要小的多。
陶瓷膜运用于汽车工业  陶瓷膜大多数人会认为，陶瓷膜分离技术离生活非常遥远。其实不然，陶瓷膜分离技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、茶食品、饮料、调味品等随时可能接触到的，都会用到分离技术。 随着国民经济的迅速发展，陶瓷膜分离技术的应用领域不但会越来越广泛，而且其会被越来越多的人认识和接受。据初步统计，2001年全世界膜和膜组件的销售额已接近80亿美元，成套设备和膜工程的市场则已达到数百亿美 元，而且每年还在以10%~20%的幅度递增，显示出这一新兴产业的广阔前景。
中国陶瓷膜研发历程
国外的封锁与垄断陶瓷膜技术是膜技术中的翘楚，但20世纪80年代发达国家已在广泛应用时，中国在此领域却还是一片空白。十几年过去了，依靠自主创新，中国陶瓷膜技术从无到有，不仅打破了国外的封锁与垄断，还达到了国际领先水平。 膜是一种高分子化学材料，它有无数个只能用微米甚至纳米计算的小孔，既有分离、浓缩、净化和脱盐功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤等特征。膜技术发明之后便广泛运用于食品加工、水质净化、环境治理、制药工业、化工与石油化工等领域，用来实现产品的净化分离。陶瓷膜就是由经过高温烧结的陶瓷材料制成的分离膜。由于具有独特的耐性，其一进入市场便成为膜领域发展最为迅速、也最有发展前景的品种之一。
到1989年底，南京工业大学徐南平博士才开始了在陶瓷膜领域的艰难探索。经过二十多年的不懈奋斗与努力，中国在陶瓷膜领域不仅打破了西方的封锁与垄断，而且依靠自主创新达到了国际先进水平。
膜分离被认为是一种高效节能的新型分离技术，是解决人类面临的能源、资源、环境等重大问题的有效手段。有资料显示，21世纪初，全球膜及其装备的年销售量超过100亿美元，年增长率在20%左右。甚至有专家预言，21世纪膜技术以及膜技术与其他技术的集成技术将在很大程度上取代传统分离技术，达到节能降耗、提高产品质量的目的，极大地推动人类科学技术的进步，促进社会可持续发展。膜技术的应用将涉及化学工业、石油与石油化工、生物化工、食品、电子、医药等行业，以膜技术为核心开发的净化水和净水设备将深入到千家万户。
徐南平填补中国陶瓷膜技术空白。其实，早在20世纪40年代，美国科学家就掌握了陶瓷膜技术，但那时这种技术只用于高端领域，属于国家机密。1989年底，南京工业大学膜科学技术研究所年轻的教师徐南平博士瞄准国内这一空白领域，毅然决然地做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中国膜应用陶瓷膜新产业，将中国膜应用领域拓展至高温、高压和耐腐蚀环境，一举打破了西方的技术封锁，填补了中国在这一领域的空白。 徐南平主持的南京工业大学膜科学技术研究所，成为国际无机膜学术界极为关注的高水平实验室之一。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，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化大工业中应用的保证。这些研究成果先后获得江苏省科技进步一等奖、全国化工行业技术发明一等奖，2005年国家技术发明二等奖。
徐南平开发的陶瓷膜在化工、纳米材料、中药制备等领域的应用技术均为首创，拥有知识产权。其中，专用氧化锆陶瓷膜解决了陶瓷膜处理轧钢乳化油废水通量稳定性的关键问题，获得了中国膜工业科技进步一等奖。这项应用技术使新工艺的综合成本降至进口膜装置的1/3，并已在中国钢铁行业的十几家大型企业建立了近30个工程，产品销售额就过亿元。膜科学技术研究所膜应用实验仪2001年10月底，由徐南平领导的南京工业大学膜科学技术研究所启动了“面向中药制备过程的陶瓷膜材料的设计与过程集成的研究”的863课题。该项目以中药生产过程为技术开发实施对象，用陶瓷膜过滤过程取代传统的醇沉工艺，建成每年5000吨中药提取液的陶瓷膜中药制备新工艺和配套工业装备，将陶瓷膜这一新材料用于中药制备的技术改造，推动行业科技进步和提高综合效益。 和技术的突破同样令人振奋的是，南京工业大学开发的陶瓷膜技术正在大规模工业应用。陶瓷膜技术带动了一个产业，不仅产生了显著的社会效益和经济效益，还培养出了一批陶瓷膜研发、工程技术和管理人才，在中国形成了陶瓷膜的新产业。
一种前景广阔的新材料
  陶瓷膜2004年7月，北美陶瓷技术公司顺利完成了其价值超过500万美元的新型双磨盘研磨机的组装，该设备在制备超薄陶瓷膜的生产技术上首屈一指，这同时也使得公司在制备超平、超完整陶瓷膜上的技术大大提升。我国南京工业大学完成了低温烧结多通道多孔陶瓷膜，该项目的研究对于提高我国陶瓷膜的质量、降低成本具有重要意义。多孔陶瓷膜由于具有优异的耐高温、耐溶剂、耐酸碱性能和机械强度高、容易再生等优点:在食品、生物、化工、能源和环保领域应用广泛。但目前在其应用中存在两大难题:一是多孔陶瓷膜的高成本，尤其是支撑体材料的成本高:二是有限的陶瓷品种与纷繁复杂的现状存在着矛后。目前商品化的陶瓷膜只有有限的几种规格，这就对特定孔结构的陶瓷膜制备提出了更高的要求。该课题组主要对以氧化铝和特种烧结促进剂为起始原料，在1400℃的烧成温度下制备出的支撑体进行了系统和深入的研究，得到渗透性能、机械性能及耐腐性能统一的支  陶瓷膜撑体。他们还以原料性质预测支撑体的孔结构为目标，以支撑体的制备过程和微观结构为基础，建立了原料性质与支撑体孔隙率、孔径分布之间的计算方法，为特定孔结构支撑体的定量制备提供了理论依据。 
  陶瓷膜目前，己商品化的多孔陶瓷膜的构形主要有平板、管式和多通道3种。平板膜主要用于小规模的工业生产和实验室研究。管式膜组合起米形成类似于列管换热器的形式，可增大膜装填而积，但由于其强度问题，己逐步退出工业应用。规模应用的陶瓷膜，通常采用多通道构形，即在一圆截面上分布着多个通道，一般通道数为7，19和37。无机陶瓷膜的主要制备技术有:采用固态粒子烧结法制备载体及微滤膜，采用溶胶－凝胶法制各超滤膜:采用分相法制备玻璃膜:采用专门技术(如化学气相沉积、无电镀等)制备微孔膜或致密膜。其基本理论涉及材料学科的胶体与表面化学、材料化学、固态离子学、材料加工等。
两方面发展
  陶瓷膜从发展趋势来看，  陶瓷膜陶瓷膜制备技术的发展主要在以下2方面:一是在多孔膜研究方面，进一步完善已商品化的无机超滤和微滤膜，发展具有分子筛分功能的纳滤膜、气体分离膜和渗透汽化膜;二是在致密膜研究中，超薄金属及其合金膜及具有离子混合传导能力的固体电解质膜是研究的热点。已经商品化的多孔膜主要是超滤和微滤膜，其制备方法以粒子烧结法和溶胶－凝胶法为主。前者主要用于制各微孔滤膜，应用广泛的商品化A1203膜即是由粒子烧结法制备的。