Page 189 - 《精细化工》2020年第11期
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第 11 期 刘嘉杰，等: 相转化法制备氧化钇稳定氧化锆中空纤维陶瓷膜 ·2335·
颗粒堆积排列，颗粒与颗粒之间连接较为松散，未 温度越高熔融越明显，这造成致密性提高，膜孔径
出现明显熔融桥接现象，孔径和孔隙率较大；烧结 变小，渗透性能下降，但颗粒之间的桥接更加紧密，
温度升至 1200 ℃时，可观察到颗粒之间连接较为 力学性能提升。烧结温度达到 1200 ℃即可获得渗
紧密，开始出现熔融现象，孔径和孔隙率减小；烧 透性能和力学性能良好，并且没有较大缺陷的中空
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结温度升到 1225 ℃时，部分颗粒甚至发生团聚； 纤维陶瓷膜，其纯水通量能达到 2.33 m /(m ·h·MPa)，
继续升温至 1275 ℃时，可看见 YSZ 颗粒有明显熔 同时抗弯强度达到 134.5 MPa。
融，颗粒与颗粒相互连接形成块状，颗粒之间连接
紧密，几乎观察不到孔洞，形成了致密膜层。这说
明烧结过程使得 YSZ 固体颗粒之间连接，孔隙减小，
密度增加，膜总体积收缩，且收缩率总体上随着烧
结温度的提高而增大，如表 1 所示。
图 5 不同烧结温度的中空纤维陶瓷膜的泡点压力
Fig. 5 Bubble point pressure of ceramic hollow fiber
membranes at different sintering temperature
a—1175 ℃；b—1200 ℃；c—1225 ℃；d—1275 ℃
图 4 不同烧结温度下的 YSZ 中空纤维陶瓷膜的 SEM
照片
Fig. 4 SEM images of ceramic hollow fiber membranes at
different sintering temperature
表 1 不同烧结温度制备 YSZ 中空纤维陶瓷膜的收缩率
Table 1 Shrinkage rate of ceramic hollow fiber membranes
sintered at different temperature 图 6 不同烧结温度的中空纤维陶瓷膜的纯水通量和抗
烧结温度/℃ 弯强度
前驱体 Fig. 6 Pure water flux and bending strength of ceramic hollow
1175 1200 1225 1250 1275
fiber membranes at different sintering temperature
膜的平均
2.50 1.78 1.76 1.72 1.72 1.64
外径/mm 3 结论
①
收缩率 /% — 28.8 29.6 31.2 31.2 34.4
①收缩率为中空纤维膜烧结后外径与前驱体外径之比。 采用相转化和烧结相结合的方法制备了 YSZ中
图 5 为不同烧结温度对中空纤维陶瓷膜泡点 空纤维陶瓷膜，研究了铸膜液中 YSZ 粉末含量和烧
结温度对中空纤维陶瓷膜微观结构和性能的影响。
压力的影响。泡点压力随着烧结温度的上升呈先增
大 后减小 的趋 势，这 是因 为随着 温度 上升 到 结果表明，YSZ 含量增加有利于形成致密的海绵状
1200 ℃，颗粒熔融促使颗粒之间的连接更紧密，进 结构，使得膜通量降低，抗弯强度增大；烧结温度的
上升则有利于颗粒相互熔融，同样导致膜通量下降，
而使孔隙收缩，最大孔径随之变小，泡点压力增大。
抗弯强度增大。在铸膜液配比为 m(YSZ)∶m(PSF)∶
继续升高温度，泡点压力却逐渐减小，推测原因是
发生过度烧结现象造成膜发生缺陷和龟裂，且烧结 m(NMP)=5.0∶1∶4，烧结温度为 1200 ℃的条件下制
温度越高膜的缺陷也越大。 备的中空纤维陶瓷膜拥有最佳性能，其纯水通量为
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2.33 m /(m ·h·MPa)，抗弯强度为 134.5 MPa，同时没
图 6 为不同烧结温度对中空纤维陶瓷膜纯水通
有较大缺陷，可直接应用于水处理领域如微滤、超
量和抗弯强度的影响。随着烧结温度的升高，膜的
滤等，或可作为支撑体制备分离性能更好的复合膜。
纯水通量逐渐降低，抗弯强度逐渐增加。结合图 4
的 SEM 图可知，高温烧结使得颗粒之间相互熔融， （下转第 2376 页）
