微孔陶瓷膜原位生成微泡高效缓解油水分离过程中的膜污染研究

《Separation and Purification Technology》：High-efficient in-situ membrane fouling mitigation through microbubbles generated by microporous ceramic membranes during the oil-water separation process

本综述创新性地提出了一种氧化铝晶须微孔曝气陶瓷膜，通过浸渍法制备并与陶瓷膜过滤过程耦合，在油水分离过程中利用微泡（直径3-17μm）有效缓解膜污染。该膜的三维晶须网络结构可产生分布均匀的微泡，通过增强气液传质效率和表面湍流抑制污染物沉积，显著提升水通量稳定性。机理分析表明微泡主要抑制滤饼层形成和孔阻塞，为油性废水处理提供了可持续的低能耗解决方案。

　　

^材料

白刚玉粉末（≥99.0%，中国铝业）、TiO₂（≥99.0%，裕兴化工）、SiO₂（≥99.0%，东海晶圣源硅粉）、九水合硝酸铝（Al(NO₃)₃·9H₂O，≥99.9%）、尿素（CH₄N₂O）、柴油（工业级）、乙二胺四乙酸二钠（99.9%）、纳米碳酸钙（CaCO₃，≥99.9%）、海藻酸钠（C₆H₇NaO₆）、硅溶胶（工业级）

^{氧化铝晶须微孔曝气陶瓷膜的微泡生成机制}

陶瓷膜支撑体的性能对膜整体功能具有决定性影响。我们研究了烧结温度和造孔剂含量对微孔曝气支撑体结构、力学性能及其气泡生成性能的影响（详细实验见补充信息）。图2(a₁)、(a₂-a₃)和(a₄)展示了三维晶须网络如何像智能剪刀般精准切割气泡，形成稳定微泡的奇妙过程——这种结构不仅约束气泡尺寸，还能通过协同效应产生均匀的微泡群，仿佛给膜表面装上了无数微型涡轮推进器！

^结论

本研究成功制备出具有三维网络结构的新型氧化铝晶须多孔曝气陶瓷膜，系统探讨了其在油水分离过程中缓解膜污染的性能及微泡生成机制。结果表明：适宜的烧结温度和涂层浆料固含量是调控膜孔结构和透气性的关键，这种设计使微泡如同纳米清道夫般持续清洁膜表面，为高效低能耗的油性废水处理提供了新范式。