通常，膜工程應(yīng)用研究的基本方法是通過實驗的方法在現(xiàn)有的商品膜中挑選合適的膜材料，進行操作條件的優(yōu)化設(shè)計和工程的技術(shù)經(jīng)濟分析，以此判斷工程的可行性。該方法可以對特定的陶瓷膜材料進行操作條件的優(yōu)化設(shè)計，但選擇膜材料采用的還是實驗方法。事實上，膜過程的設(shè)計不僅是工藝參數(shù)的設(shè)計，膜的材料性能也會對膜過程的綜合經(jīng)濟效益產(chǎn)生決定性的影響。為了實現(xiàn)對膜材料微結(jié)構(gòu)的設(shè)計，必須建立膜功能與膜微結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的定量關(guān)系。目前關(guān)于陶瓷膜過濾過程的模型一般將膜視為“黑匣”，主要包括應(yīng)用于多孔介質(zhì)傳遞研究的布朗擴散、剪切誘導(dǎo)擴散和慣性升力等模型。這些模型主要是在特定膜基礎(chǔ)上對過程進行描述，只能對操作參數(shù)進行優(yōu)化，不能用于微結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
膜分離所遇到的實際應(yīng)用體系性質(zhì)千差萬別，為了系統(tǒng)研究的需要，本課題組按照處理料液體系中組分的分散性將應(yīng)用體系進行大致分類，主要包括：溶液、溶膠和懸浮液。典型的體系如剛性微細(xì)粒子與溶劑的混合懸浮物等，這類體系中由于懸浮粒子尺寸較小，一般的過濾方法很難進行處理，陶瓷膜法分離能取得較好的分離性能。溶膠體系中分散相尺寸介于溶液和懸浮液之間，以膠體形式存在，膜超濾和微濾主要是針對這類體系的分離純化或濃縮，多孔陶瓷膜在液體分離領(lǐng)域的應(yīng)用中經(jīng)常遇到類似的體系。溶液體系主要是指分散相以分子或離子形式存在，目前用于這些領(lǐng)域的膜大多為有機膜，無機膜的應(yīng)用還處于研發(fā)起步階段。本課題組主要針對顆粒懸浮液與膠體體系的陶瓷膜過濾過程滲透性能與陶瓷膜微結(jié)構(gòu)之間的定量關(guān)系進行了詳細(xì)研究，構(gòu)建了不同應(yīng)用體系膜功能與微結(jié)構(gòu)關(guān)系模型，針對應(yīng)用體系特性可以設(shè)計出合適的陶瓷膜。