膜科学与技术

单位：1. 天津工业大学 材料科学与工程学院， 先进分离膜材料全国重点实验室， 天津 300387；2. 重庆化工职业学院 化学工程学院， 重庆 401228； 3. 冀东油田唐山冀油瑞丰化工有限公司， 唐山 063500

关键词：陶瓷膜； 聚碳硅烷； 油水分离； 相转化/烧结

基金：重庆市教委科学技术研究计划项目（KJQN202404521）； 长寿区科技计划项目（CSKJ2024010）

针对传统陶瓷膜制备工艺复杂、能耗高、分离性能受限等关键问题，本研究提出一种基于聚碳硅烷（PCS）衍生陶瓷与相转化/烧结工艺协同优化的复合陶瓷膜制备策略。以聚砜（PSf）为聚合物基质，氧化铝（Al2O3）为基体材料，PCS为陶瓷前驱体，通过优化N-甲基吡咯烷酮/四氢呋喃（NMP/THF）混合溶剂体系，构建铸膜液。在1 450 ℃烧结过程中，PCS热解生成的二氧化硅（SiO2）与Al2O3原位反应形成莫来石（3Al2O3·2SiO2）晶相，该晶相显著改善了膜材料的微观结构和力学性能。本研究系统探究了溶剂配比及凝固浴组成对膜性能的影响。研究表明，在不同凝固浴条件下制备的复合陶瓷膜具有以下显著优势：具有多孔结构特征；高孔隙率（52%~73%）,优异的抗压强度（18.5~38.2 MPa）以及孔径可调控（90~320 nm）；在处理1 000 mg/L油水乳液时，展现出卓越的分离性能[渗透率13 240~20 540 L/(m2·h·MPa），除油率98.1%~99.4%]；具有突出的抗污染性能，经简易化学清洗即可实现90%的通量恢复率。相较于传统纯Al2O3膜，最优条件下制备的PCS-Al2O3复合陶瓷膜在孔隙率提升54%的同时，抗压强度并未发生明显衰减，其力学性能与纯Al2O3膜相当，成功突破了传统陶瓷膜“高孔隙率与高强度难以兼得”的技术瓶颈。

来源：2025年第5期

《膜科学与技术》期刊编辑部

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