陶瓷膜
       陶瓷膜(ceramic membrane)又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，以支撑体（二氧化钛、氧化铝）为支撑层，活性分离层（二氧化钛+氧化锆）为膜层，经高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷膜过滤材料。其过滤方式为“错流过滤”：在压力的驱动下，原料液在膜管内高速流动，含小分子组分的渗透液沿膜管内壁向外垂直透过膜，含大分子组分的浑浊浓缩液被膜截留，从而达到对料液的分离、浓缩与纯化的目的。陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，已经成功应用于食品、饮料、植（药）物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等。
1.结构
       陶瓷膜是无机膜中的一种，属于膜分离技术中的固体膜材料，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经多次表面涂膜、高温烧制而成。商品化的陶瓷膜通常具有三层结构（多孔支撑层、过渡层及分离层），呈非对称分布，其孔径规格为1nm~1.2μm不等，过滤精度涵盖微滤、超滤及纳滤级别。
  
无机陶瓷膜元件(2张)
       根据支撑体的不同，陶瓷膜的构型可分为平板、管式、多通道三种。陶瓷膜由于耐酸碱、耐高温和在极端环境下的化学稳定性，又由于商品化的陶瓷膜孔径较小（通常小于0.2μm），可以成功地实现分子级过滤，因此其主要用于对液态、气态混合物进行过滤分离，可以取代传统的离心、蒸发、精馏、过滤等分离技术，达到提高产品质量、降低生产成本的目标，在石油和化学工业等苛刻环境中具有广泛的应用前景。
2.特性
       相较于传统聚合物分离膜材料，陶瓷膜具有化学稳定性好，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、分离效率高等优点，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域得到了广泛的应用，其市场销售额以30%的年增长率发展着。陶瓷膜的不足之处在于造价较高、无机材料脆性大、弹性小、给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难等。

3.原理

陶瓷膜分离原理
       陶瓷膜分离工艺是一种“错流过滤”形式的流体分离过程：原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。
       陶瓷膜是由孔隙率30%~50%、孔径50nm~15μm的陶瓷载体，采用溶胶-凝胶法或其它工艺制作而成的非对称复合膜。用于分离的陶瓷膜的结构通常为三明治式的：支撑层（又称载体层）、过渡层（又称中间层）、膜层（又称分离层）。其中支撑层的孔径一般为1~20μm，孔隙率为30%~65%，其作用是增加膜的机械强度；中间层的孔径比支撑层的孔径小，其作用是防
 
陶瓷膜断面图
止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透，厚度约为20~60μm，孔隙率为30%~40%；膜层具有分离功能，孔径从0.8nm~1μm不等，厚度约为3~10μm，孔隙率为40%~55%。整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小，形成不对称的结构分布。
       陶瓷膜根据孔径可分为微滤（孔径大于50nm）、超滤（孔径2~50nm）、纳滤（孔径小于2nm）等种类。进行分离时，在外力的作用下，小分子物质透过膜，大分子物质被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化、去杂、除菌等目的。
4.应用
       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，以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离时期，以及以膜催化反应为核心的全面发展的时期。
 
多通道蜂窝陶瓷
       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，陶瓷膜分离技术和产业地位逐步确立，应用也已拓展至食品工业、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。
       因开发时期较晚且成本高昂，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30%的年增长率发展。
我国无机膜的研究始于20世纪80年代末，通过国家自然科学基金以及各部委的支持，进入90年代，原国家科委（现科学技术部）对无机陶瓷膜的工业化技术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。国家“863”计划也将“无机分离催化膜”项目列入其中。截至20世纪初，我国已初步实现了多通道陶瓷滤膜的工业化生产，并在相关的工业过程中获得了成功的应用。2002年第七届国际无机膜大会在中国召开，标志着我国的无机膜研究与工业化工作已进到国际领先水平。
经过十多年的发展，我国的无机陶瓷膜行业已经具备世界领先的技术，行业内领先企业的技术实力和产品品质已经达到了国际一流的水平。行业内企业从无到有，企业产值也从起初的百万元已经发展到数亿元的规模，2010-2012年国内无机陶瓷膜成套装备安装面积合计约为12万平方米。前瞻产业研究院发布的《2013-2017年中国膜产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》 数据显示，我国膜产业工业产值2004年为75亿元，2008年增加到200亿元，2009年约240亿元，2010年为300亿元左右，而到了2011年膜产业产值达400亿元左右，我国膜产业预计将保持20～25%的年增长率，到2015年，我国膜产业产值将达到852亿元左右。
5.主要种类
多孔膜
       多孔陶瓷膜的构型主要有平板、管式和多通道3种，其中平板膜主要用于小规模的工业生产和实验室研究。管式膜组合起来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，已逐步退出工业应用。规模应用的陶瓷膜，通常采用多通道构型，即在一圆截面上分布着多个通道，一般通道数为7、19、37等。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、采用溶胶凝胶法制备超滤及纳滤膜、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等，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。
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。某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。
过滤膜
   
陶瓷膜过滤装置(2张)
       2013年10月，由Tritech陶瓷膜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，使抗生素收率提高15%，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%。西方发达国家在食品工业、石油化工、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。
未来陶瓷膜领域的发展趋势将集中在以下几个方面： 进一步提高陶瓷膜材料的分离精度及其分离稳定性，使其在液体分离领域实现纳滤级别的连续高效运行，在气体分离领域实现多组分气体的高效分离；
1. 研制具有大孔径及高孔隙率的耐高温陶瓷分离膜材料，使其在资源的高效利用及环境保护等领域实现高温气固分离过程的长期稳定运行；
2. 实现陶瓷膜表面性质的调控，通过改变其表面亲疏水性及荷电性、生物兼容性等以拓展陶瓷膜的应用领域；
3. 实现陶瓷膜的低成本化生产，结合构建面向应用过程的膜材料设计与制备方法，解决陶瓷膜推广应用的瓶颈问题；
4. 研制耐强酸强碱等苛刻体系的膜材料，提高膜材料分离性能的稳定性，拓展其在过程工业的应用范围。