基于纳米氧化铝的新型共烧陶瓷膜工艺，可降低80%过滤压力

近日，韩国材料科学研究院（KIMS）科研团队在“Journal of Membrane Science”（膜科学期刊）上发表了一项陶瓷膜工艺进展——该工艺制备的陶瓷膜相比比传统的纳滤系统所须压力低五倍，即在2bar压力下可实现99.8%的染料去除率和选择性盐渗透率。以下就简单介绍下这种结合共掺杂和共烧结技术，带来陶瓷膜性能突破的制备工艺。

论文地址：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.124915

传统陶瓷膜与新型陶瓷膜对比示意图

传统陶瓷膜制备门槛高，工艺复杂精细，其结构通常由支撑层和具有梯度孔径的过滤层（多层沉积）组成，通过重复的“涂覆–干燥–烧结”过程沉积中间的微滤(MF)和超滤（UF）范围的亚层。关于膜渗透的溶解=扩散模型——渗透通量与膜厚度成反比，为了覆盖前道层的粗糙表面，后道层势必有足够厚度才能覆盖充分，为了减小渗透阻力，就必须满足膜表面的低粗糙度和无缺陷。而传统方法因其层层烧结的多步骤，以及MF的膜孔和UF层的颗粒尺寸差异巨大，势必导致膜表面性能和量产受限。

超平坦、无缺陷的纳滤膜的技术消除表面粗糙度和裂纹

KIMS科研团队提出同时烧结MF和UF的共烧结方法，其关键是在膜层中添加烧结助剂，可以平衡其收缩特性，从而缓解烧结应力。基于一种平均孔径约为5纳米、水通量为70升/米²·小时·Bar的共烧α-氧化铝超滤（UF）膜,研究人员发现在下层中以不同比例引勃姆石溶胶颗粒和氧化铝纳米颗粒（NPs），可以在共烧结过程中有效调节双层的收缩率，减轻热应力。

经实验测试，该过程将烧结温度从1300℃降低到约1000℃，同时提高了颗粒的烧结性。性能提升的关键在于表面粗糙度从24.49纳米降至11.74纳米，这从根本上抑制了分离层中微裂纹的形成。此外，研究团队还获得了一种基于氧化锆 (ZrO₂) 的松散纳滤膜材料技术，即使在低压条件下也能实现高分离性能。通过将锆溶胶涂覆到通过互掺过程形成的光滑基底上，他们制造出一种同时具有微孔尺寸排除效应和静电排斥作用的膜。这种膜在低压条件下（相当于自来水的压力，2Bar）能够去除99.8%以上的染料，同时选择性地允许盐离子通过，即使在低压条件下也能去除染料废水中的染料。

编译整理 YUXI