Page 77 - 《精细化工》2022年第8期
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第 8 期 周志辉，等: 优先透过有机物渗透汽化膜研究进展 ·1577·
超疏水表面，且 PDVB 对乙醇也有优先吸附作用，该 无机杂化膜。随着有机-无机杂化膜材料的多样化，
膜对乙醇表现出较高的选择分离性。LEÓN 等 [20] 将 研究具有明确层次结构的新型杂化膜材料有着广阔
疏水化合物 1-十二醇以不同浓度插入 PDMS 聚合物 的前景。
层，显著提高了聚合物膜对乙醇的选择性分离效果。
聚合物膜在优先透过有机物渗透汽化领域的研 2 优先透过有机物膜材料的制备方法
究主要集中在寻找新的膜材料和改进制备工艺，以
2.1 水热合成法
提高渗透汽化膜的稳定性和分离效果。但目前适用
水热合成法广泛应用于优先透过有机物的无机
于分离回收有机物的聚合物材料种类有限，综合性
沸石膜制备，分为原位水热合成法和二次水热合成
能不够优越。未来研究可集中于合成或探索具有高
法。原位水热合成法用硅源、铝源、碱和水配制合
疏水性和自由体积大小的新材料，促进渗透汽化膜
成液，在反应釜中高温（>150 ℃）加热一定时间，
对有机物的高选择性和高渗透性。
依靠高温高压进行晶化反应，从而在载体表面形成
1.3 有机-无机杂化膜
沸石膜。该方法简单易操作，但合成的沸石膜受载
近年来，有机-无机杂化膜的研究越来越广泛，
体孔径分布影响较大，膜层的连续性和均匀性较差。
在有机基体中加入特定性能的无机填料可以提高杂
二次水热合成法先在载体表面负载一层连续均匀的
化膜的选择性，或者增强膜的稳定性、耐热性、机
晶种，后续步骤与原位水热合成法一致。图 2 为二
械性能等。目前，常用的杂化膜有沸石-有机聚合物
次水热合成法流程示意图。相较原位水热合成法，
杂化膜、MOFs 基质膜等。
二次水热合成法可有效降低载体孔径分布对成膜的
沸石-有机聚合物杂化膜通常是将具有较高的
不利影响，且具有合成时间短、膜层薄、重复性高
疏水性和特殊的传输通道的沸石加入 PDMS 基膜
等优势。二次水热合成法已成为制备沸石膜普遍使
中，增强有机物在水中的扩散，利于有机物的吸附。 用的方法，可用于制备 ZSM-5、ZSM-11、Silicalite-1
ZHOU 等 [21] 制备了 Silicalite-1/PDMS 沸石-杂化膜用
和 Silicalite-2 等。
于乙醇/水的渗透汽化分离，发现 Silicalite-1/PDMS
杂化膜渗透汽化分离性能主要取决于颗粒分散均匀
度、沸石负载量、粒径大小等因素。
MOFs 基质膜是一种新型的晶体多孔填充材
料，具有粒径小、孔结构多样、合成条件温和、与
聚合物相容性好等优点 [22] 。与沸石-有机聚合物杂
化膜相比，MOFs 杂化膜在纳米填料的合成上具有 图 2 二次水热合成法流程示意图
Fig. 2 Flow chart of secondary hydrothermal synthesis
明显优势，该纳米填料在聚合物基体中分散均匀、无
界面空隙，因此膜层更薄。目前，以 ZIF-8 作为填料 UENO 等 [31] 采用二次水热合成法制备了以氧化
的研究相对较多，其他填料如 ZIF-7、ZIF-71、ZIF-91、 铝为载体的 Silicalite-1 管状渗透汽化膜，并研究了
UiO-66、MIL-53、MAF-6 等也有一定研究 [23-28] 。 晶种负载量对乙酸/水混合物渗透汽化分离效果的
WANG 等 [29] 制备了具有纳米尺寸层次结构的 影响。在水热合成过程中，适量的晶种层可有效抑
MCM-41@ZIF-8/PDMS 杂化膜用于乙醇/水的分离 制氧化铝载体中铝原子的析出，提高膜层硅铝比，
提纯，MCM-41 微粒和 ZIF-8 纳米粒子构成的明确 进而增加膜层疏水性，改善分离效果，若晶种层太
层次结构增强了杂化膜表面的疏水性，同时有效提 厚则会抑制渗透通量。
高了杂化膜的渗透通量和分离系数。该方法可能为制 水热合成法制备的沸石膜稳定性和耐腐蚀性
备优先透过有机物渗透汽化膜开辟了一条新途径。 好、孔径大小及分布可控，但韧性较低、成膜性较
其他杂化膜填料如二维共价有机框架（COF- 差，需要对水热合成方法进行改进以提高制膜效率。
LZU1）也有一定研究。WU 等 [30] 制备了 COF-LZU1/ 此外目前常用的无机载体孔隙率较高，需填充载体的
PDMS 杂化膜用于正丁醇/水的渗透汽化分离。COF- 大孔隙后，才可获得较为理想的渗透汽化膜。寻找更
LZU1 和 PDMS 有良好的相容性，其多孔结构为杂 合适的无机载体也是促进沸石膜发展的有效途径。
化膜提供了直扩散通道，有利于正丁醇的吸附，从 2.2 溶液浇铸法
而提高了杂化膜对正丁醇的选择性。 溶液浇铸法是制备聚合物膜最常见的方法。先
目前用于优先透过有机物的有机-无机杂化膜 将聚合物和添加剂溶于溶剂中混匀，然后将混合液
大都处于实验室研究阶段，未能应用于工业生产， 流延到一个干净的平板上形成有孔或无孔单层膜，经
研究者们需要寻找孔径更合适、稳定性更好的有机- 反复多次流延涂覆形成多层膜，最后通过加热蒸发
