無(wú)機(jī)陶瓷膜經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為膜領(lǐng)域發(fā)展最為迅速、也是最有發(fā)展前景的品種之一。回顧無(wú)機(jī)膜迅速發(fā)展的20多年，無(wú)機(jī)陶瓷膜的研究主要包括膜的制備、分離膜的應(yīng)用以及膜催化等方面，其中液相過(guò)濾分離是無(wú)機(jī)膜主要的工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域。但是分離膜的應(yīng)用領(lǐng)域拓展遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的要求，主要是因?yàn)槠浒l(fā)展面臨著以下幾個(gè)問(wèn)題：一是膜應(yīng)用成本過(guò)高，導(dǎo)致很多應(yīng)用過(guò)程從技術(shù)上是完全可行的，但經(jīng)濟(jì)不占優(yōu)勢(shì)，限制了這一新技術(shù)的推廣應(yīng)用；二是有限的膜品種與復(fù)雜的應(yīng)用過(guò)程的匹配問(wèn)題，導(dǎo)致膜污染嚴(yán)重，單位膜面積的處理能力有限；第三應(yīng)用體系的復(fù)雜性和處理要求的苛刻性，導(dǎo)致單一膜過(guò)程難以達(dá)到要求，也限制了其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。因此降低成本、提高技術(shù)水平已成為促進(jìn)陶瓷膜發(fā)展的重要課題。
面向應(yīng)用體系的陶瓷膜過(guò)程設(shè)計(jì)主要包括膜微觀結(jié)構(gòu)、膜材料性質(zhì)、過(guò)程操作參數(shù)等的優(yōu)化設(shè)計(jì)。無(wú)機(jī)陶膜的分離性能與其結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)是密切相關(guān)的。多孔陶瓷膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括平均孔徑和孔徑分布、膜厚度、孔隙率、孔形狀、曲折因子等決定了膜的滲透分離性能；膜材料性質(zhì)包括膜的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、表面性質(zhì)及機(jī)械強(qiáng)度等，它們不僅影響膜的滲透分離性能，更與膜的使用壽命密切相關(guān)；操作參數(shù)主要包括膜面流速、操作壓力、溫度等，影響膜過(guò)程的濃差極化程度和膜污染程度，對(duì)滲透通量和分離性能均有影響。
隨著無(wú)機(jī)陶瓷膜制備技術(shù)的發(fā)展，一方面陶瓷膜品種和規(guī)格增多，選擇余地增大；另一方面制備技術(shù)的可控性，使得進(jìn)行膜的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)整成為可能。
因此針對(duì)不同孔徑的膜對(duì)于同一體系的滲透性能存在的差異，膜的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)分離性能的研究越來(lái)越為人們所關(guān)注。
1膜孔徑的影響
膜孔徑是影響膜通量和截留率等分離性能的主要因素。一般說(shuō)來(lái)，孔徑越小，對(duì)粒子或溶質(zhì)的截留率越高而相應(yīng)的通量往往越低。膜應(yīng)用中的膜選型就是要在保證截留率的基礎(chǔ)上使所選孔徑膜的通量。對(duì)于純?nèi)軇┙橘|(zhì)而言，膜孔徑越大，通量越高。但在實(shí)際體系分離中，由于吸附、濃差極化、堵塞等膜污染現(xiàn)象的影響，實(shí)際體系過(guò)濾滲透通量值很少能與膜的純水滲透通量值相比擬。在某些情況下，還會(huì)出現(xiàn)膜自身阻力與膜污染阻力總和最小、膜通量的最優(yōu)膜孔徑。圖1是孔徑在0.2-3um范圍內(nèi)的Al2O3微濾膜過(guò)濾卵清蛋白質(zhì)時(shí)膜孔徑對(duì)滲透通量的影響。顯然，隨孔徑增大，膜通量并非線性增加，在0.8um左右為通量，孔徑過(guò)大會(huì)導(dǎo)致膜的嚴(yán)重堵塞，通量反而下降，因而只有合適的孔徑與體系粒子大小相匹配時(shí)，膜才會(huì)有較高的膜通量。在陶瓷膜處理印鈔廢水中也出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象如圖2所示。
2膜厚度的影響
膜厚度對(duì)膜性能的影響主要表面在滲透通量上，由于膜厚度的增加必然使流體透過(guò)的路程增加，因此過(guò)濾阻力增加，通量下降童金忠在操作壓力0.11Mpa，流速0.6m/s，溫度298k條件下進(jìn)行鈦白粉廢水微濾實(shí)驗(yàn)中考察了不同厚度的膜對(duì)滲透通量的影響，膜的純水通量隨著膜厚的增加線性減小，過(guò)濾通量卻是24um。厚的膜43um。厚的膜次之，13um、65um。厚的膜通量大致相同"而滲透通量隨時(shí)間的變化情況，膜越厚，初始通量越小，但隨時(shí)間衰減較為緩慢；而較薄的膜初始通量較高，但在初始階段衰減較快，之后變化趨于平緩"
3膜孔隙率的影響
孔隙率高的膜具有較多的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，所以在相同的孔徑下具有高的滲透通量。一般來(lái)說(shuō)，多孔無(wú)機(jī)膜特別是陶瓷膜，其膜層的孔隙率在20%-60%之間，支撐體孔隙率高于分離層，對(duì)微濾膜而言，孔隙率一般大于30%。
針對(duì)以上現(xiàn)象，一些學(xué)者嘗試從理論上構(gòu)建結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系而建立面向應(yīng)用過(guò)程的膜微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。Belfort8等人在考慮膜組件優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)提出了關(guān)注膜微觀結(jié)構(gòu)的影響，但是由于流場(chǎng)流型和傳遞擴(kuò)散方程計(jì)算復(fù)雜，雖然計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)很容易得到的預(yù)測(cè)結(jié)果，但是很少有公司采用這種膜組件的設(shè)計(jì)方法"徐南平等人。
提出了面向應(yīng)用過(guò)程的陶瓷膜材料設(shè)計(jì)理論研究方法，針對(duì)具體應(yīng)用體系，利用模型預(yù)測(cè)選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)的膜，根據(jù)陶瓷膜結(jié)構(gòu)控制理論將其制備出來(lái)，最優(yōu)結(jié)構(gòu)的膜在最優(yōu)操作條件下應(yīng)用將程度地發(fā)揮膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)"這種新的膜應(yīng)用和設(shè)計(jì)方法在鈦白粉顆粒懸浮液體系得到了驗(yàn)證，并且進(jìn)行了不同粒徑
分布和膜孔徑分布的模擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，為更好地掌握陶瓷膜過(guò)濾過(guò)程奠定了基礎(chǔ)。