Page 188 - 《精细化工》2020年第11期

·2334· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

阻碍相转化过程中水的扩散和渗透，影响溶剂 NMP
和水之间的传质交换，抑制了分相过程，指状孔结
构难以形成并深入到膜内部；此外，陶瓷粉末含量
高会造成铸膜液黏度过大，纺丝过程中前驱体经过
较长时间才进入外凝固浴，溶剂与非溶剂交换进一
步减慢，使得聚合物分子难以发生聚集 [15-17] 。此外，
由图 1(b1)~(b4)可发现，膜的陶瓷颗粒密度增加会发
生团聚现象，同时海绵状层会出现缺陷。这是由于
铸膜液黏度随着 YSZ 含量的提高而增大，使机械搅

拌过程中颗粒不易分散均匀，进而影响中空纤维膜
图 2 不同 YSZ 含量的中空纤维陶瓷膜的泡点压力
前驱体挤出成型的连续性和均匀性，导致烧结膜内 Fig. 2 Bubble point pressure of ceramic hollow fiber
部的颗粒团聚增加，进一步形成缺陷。 membranes with different YSZ contents

图 3 为烧结温度 1200 ℃，不同 YSZ 含量对中
空纤维陶瓷膜纯水通量和抗弯强度的影响。由图 3
可见，随着 YSZ 含量的增加同样导致膜的纯水通量
降低，抗弯强度增加。其原因由图 1 的 SEM 图分析
可知，铸膜液中 YSZ 含量会影响相转化过程形成的
中空纤维陶瓷膜前驱体的结构，陶瓷粉末的增加会
造成致密的海绵状结构的占比上升，同时颗粒之间
结合得更加紧密，孔隙和孔径减小，最终导致膜的
渗透性能下降，力学性能提高 [15] 。在实际的纺丝过
程中，陶瓷粉末含量的增加会导致铸膜液的黏度过
大，需要施加较大压力才能使膜前驱体挤出成型，
并且烧结后的中空纤维陶瓷膜过于致密，渗透阻力
极大；而陶瓷粉末含量过少会导致制成的中空纤维
陶瓷膜抗弯强度过低，难以用于实际应用。综合图
3数据考虑，铸膜液的适宜配比为m(YSZ)∶m(PSF)∶
m(NMP)=5.0∶1∶4，下文对烧结温度进行研究所使
用的中空纤维膜均采用这一比例的铸膜液。

a—断面；b—海绵状结构；1—m(YSZ)∶m(PSF)∶m(NMP)=4.5∶
1∶4；2—m(YSZ)∶m(PSF)∶m(NMP)=5.0∶1∶4；3—m(YSZ)∶
m(PSF)∶m(NMP)=5.5∶1∶4；4—m(YSZ)∶m(PSF)∶m(NMP)=
6.0∶1∶4
图 1 不同 YSZ 含量的中空纤维陶瓷膜的 SEM 照片
Fig. 1 SEM images of ceramic hollow fiber membranes
prepared with different YSZ contents
图 3 不同 YSZ 含量的中空纤维陶瓷膜的纯水通量和抗
图 2 为烧结温度 1200 ℃，不同 YSZ 含量对中 弯强度
空纤维陶瓷膜泡点压力的影响。由图 2 可见，随着 Fig. 3 Pure water flux and bending strength of ceramic
hollow fiber membranes with different YSZ contents
YSZ 含量的增加，中空纤维陶瓷膜泡点压力逐渐降
低。其原因由图 1 的 SEM 分析可知，随着 YSZ 含 2.2 烧结温度对中空纤维陶瓷膜性能的影响
量的增加中空纤维陶瓷膜的缺陷（最大孔径）也逐 图 4 为不同烧结温度下 YSZ 中空纤维陶瓷膜的
渐增大，导致膜的泡点压力逐渐减小。 SEM 照片。当烧结温度为 1175 ℃时，YSZ 颗粒与