无机陶瓷膜在近几年得到了迅速的发展，这一方面是由于无机陶瓷膜具有许多有机膜无法比拟的性能，如耐高温、结构稳定、孔径分布均匀、化学稳定性好、不易被微生物侵蚀、机械强度高、易再生等，另一方面新的无机陶瓷膜制备工艺的发展也使得孔径均匀的高性能无极膜制备成为可能。因此，无机陶瓷膜具有了更广泛的应用领域，特别是在有适应酸碱性变化幅度大、高温和高选择性要求的工业废水、废气治理方面具有重大的应用价值。
1 无机陶瓷膜的制备
无机膜的制备是无机膜科学的基础，目前已成为研究的热点。无机陶瓷膜的制备方法主要有以下几种：
1.1 固态粒子烧结法
固态粒子烧结法是制备基膜的一种常用方法。基膜的制备是无机膜研究的基础，一方面由于强度问题，无基体的无机膜没有任何实用价值，另一方面只有有了较好的支撑体，溶胶-凝胶法、化学气相沉积法才有可能用于膜的制备。该法源于传统的陶瓷生产工艺，其过程为：将固体颗粒研磨成细粉粒，与粘接剂混合均匀成坯，低温干燥，高温烧结即可。原始粒子大小、升温速度、粘接剂及烧结终温等对孔径和膜结构有一定的影响。中科院大连化物所、南京化工大学、中国科学技术大学、华南理工大学采用该法制备出了亚微米级的基膜。
1.2 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是目前制备无机陶瓷膜主要的一种方法。通常是以金属醇盐为原料，经有机溶剂溶解后在水中通过强烈快速搅拌进行水解，水解混合物经脱醇后，在90～100℃以适量的酸（pH＜1.1）使溶胶沉淀进行胶溶，形成稳定的胶态悬浮液，溶胶经低温干燥后形成凝胶，控制一定的温度与湿度继续干燥成膜。凝胶膜再经高温焙烧后制成具有陶瓷特性的氧化物膜。用此法制备的无机陶瓷膜孔径可达1～100nm，适用于气体分离和超滤。另外，很容易通过在溶胶中引入第二种组分制出多种组分的复合膜，如Al2O3-TiO2等。还可以用二次浸渍、涂敷等方式对孔径进行改性。所以该法被称为制备无机膜的一种较有效的方法。
Leeneers A F M和Larbot A.对溶胶-凝胶过程中诸因素（pH、涂膜时间、酸量）对膜的微观形态（如膜厚、孔径、孔隙率、孔径分布等）的影响有详细的论述。Hackley Vincent A等制备了孔径小于1.7nm的氧化铁膜，Etienne J等用草酸氧锆制成了孔径约4nm的氧化锆膜。
1.3 化学沉积法
一般采用溅射、气相沉积等得到致密的膜。但如果控制一定的过程参数和条件，这些薄膜技术也能用于制备多孔陶瓷膜，已有Si3N4等多孔膜采用该方法制备成功。
1.4 阳极氧化法
采用高纯金属箔，在酸性电解质溶液中进行阳极氧化，箔的一面形成多孔性的氧化膜，另一面的金属用酸溶掉后得到具有近似直孔的多孔膜。经过适当的热处理成为稳定的、孔径分布均匀的氧化物膜。这种方法适用于制备小面积的平板膜，主要用于实验室。
1.5 辐射-腐蚀法
当某种放射线穿过一个致密薄层时，在其通过轨迹上的物质被激活，很容易优先地被某些腐蚀剂溶出，形成圆形孔洞。这种方法不仅用于有机高聚膜的制备中，而且也在云母等材料上应用。孔径和孔密度可以通过调节腐蚀时间和辐射时间来精确控制。采用这种方法制备的膜，由于孔形圆而直，特别适用于膜过程的基本模型研究。
2 无机陶瓷膜在工业废水治理中的应用
工业废水是水体较大的污染源，组成复杂，处理困难。无机膜能截留低分子量有机溶质而让盐类组分部分或全部通过，能在较宽的pH范围内及高温下保持稳定，能耐多种有机溶剂，可用于液体物料中有效成分的浓缩，工业废水的处理及循环利用，减少环境的污染。随着制膜水平的提高和制膜工艺的改进，无机陶瓷膜在废水处理中的应用越来越广泛。其应用除了在原有的微滤、超滤之外，近年来，无机膜生物反应器（MBR）的应用倍受关注。
2.1 处理纺织和造纸废水
下表列出了从纺织和造纸工业废液中去除染料和有机物的有关数据：
染料种类 | 膜器 | 膜孔径（nm） | 温度（℃） | 压差（kPa） | 色度去除率（%） | 通量（L/h·㎡） |
直接染料 | Zr(OH)4-PAA | - | 60～80 | 350～500 | 86～99 | 100～150 |
黄酸 | 杂多硅烷 | ～1 | 20 | 200 | 100 | ＜10 |
无表面活性剂的可溶染料 | Al2O3膜 | 200 | 20 | 300 | 14～62 | 20～40 |
有表面活性剂的可溶染料 | Al2O3膜 | 200 | 20 | 300 | 96～98 | 60～100 |
不溶染料 | Al2O3膜 | 200 | 20 | 300 | 98 | 100～200 |
从上表中可以看出，微滤膜处理不溶染料效果很好，处理可溶染料时，通过增加表面活性剂，可使染料的去除率显著提高。
2.2 处理含油废水
由于无机膜具有很强的疏油性，油的透过浓度非常低，如果采用50纳米的无机超滤膜透过液中油的浓度通常低于10ppm，利于无机膜可以将水中油的浓度从几百ppm浓缩到25%以上，水中油的去除率可达99.5%以上。Spencer用Zr(OH)4-PAA反渗透膜处理乳化油废水，浓缩后总体积可以减小96%左右。
下表列出了无机超滤膜在处理含油废水和从含油废水回收油的数据。
含油废水类型 | 无机膜 | 平均油密度 | 平均膜压差（MPa） | 平均温度（℃） | 平均渗透通量（L/h·㎡） | 油截留（%） | |
截留液（%） | 渗透液（MPa） | ||||||
润滑油 | Ucarsep膜 | 12 | 50 | 0.5 | 65 | 85 | 90.64 |
Membrabox膜 | 0.3 | 50 | 75 | 99.5 | |||
切割油 | Ucarsep膜 | 0.1 | 5 | 0.5 | 65 | 120 | 99.8 |
拉伸油 | Ucarsep膜 | 12 | 15 | 0.5 | 60 | 90 | 99.5 |
Ucarsep膜 | 25 | 1300 | 0.3 | 57 | 40 | 99.5 | |
轧延油 | Ucarsep膜 | 25 | 40 | 0.5 | 65 | 75 | 99.9 |
植物油 | Ucarsep膜 | 15 | 1000 | 0.5 | 65 | 70 | 99.5 |
Membrabox膜 | 0.3 | ＜10 | 0.1 | 60 | 27 | 99.7 | |
2.3 膜过程和其它单元操作的组合
在废水处理中将膜过程和生化处理结合起来组成的膜生物反应器（MBR）是这方面应用的典型代表。膜生物反应器是膜反应器和生物反应器相结合的一个生化反应系统。
该系统将活性污泥法和膜分离过程有机地结合起来，用无机陶瓷膜（UF或MF）替代了二沉池，较好地解决了活性污泥法现存的问题。传统的活性污泥法泥水分离是在二沉池中完成的，其分离率完全取决于活性污泥的沉降特性，而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，这就限制了活性污泥法的使用范围。而在膜生物反应器中，由于采用了膜组件，使泥水分离效率大为提高。另外，在实际工程中，二沉池的容积不可能做的很大，所以，曝气池中的活性污泥浓度不会很高，从而限制了系统的生化反应速率。而膜生物反应器完全可以通过增加曝气池中活性污泥的浓度的方法来提高生化反应速率。活性污泥法存在的另一个问题是产生大量的剩余污泥，其处置费占系统总运行费用的60%。膜生物反应器可以通过降低F/M比来减少剩余污泥发生量（甚至为零）。
目前国外对膜生物反应器技术进行了大量的研究工作。国内对膜生物反应器也开展了许多研究，取得了有益的进展。
3 亟待解决的关键问题及应用前景
无机陶瓷膜的研究虽取得了很大进展，若使之在废水处理领域中乃至工业中得到更广泛的应用，需要解决的富有挑战性的问题是：开发新材料、改善制膜工艺，提高透过速率及分离选择性，目前，开发低成本的制膜工艺和材质以降低成本具有很重要的现实意义；解决分离设备中耐高温、高压的连接、密封、热膨胀等技术问题。
随着科技的不断进步和世界各国对环境保护问题的日益关注以及对满足精确控制条件的高性能过滤装置的需求，无机陶瓷膜在废水处理以及环境工程中的应用会越来越广泛。
