LiBr-H2O吸收式制冷机在制冷应用中具有显著优势，然而，其大规模应用因自身重量和体积过大而受到严重限制。因此，关键部件的小型化对于拓展其实际应用至关重要。解吸器是负责从LiBr–H₂O溶液中分离水分的关键单元，一直是系统小型化研究的主要关注点。沸石膜以其均一的孔隙结构以及优异的热和化学稳定性著称，被认为是有前景的分离应用材料，然而，目前的渗透汽化海水淡化研究主要集中在盐浓度相对较低（<5 wt%）的系统上，这与LiBr-H2O吸收式制冷机中使用的高浓度LiBr溶液（50-60 wt%）有很大不同。DDR沸石膜具有较窄的孔径（0.36 nm × 0.44 nm），是高浓度LiBr溶液渗透蒸发脱水的潜在候选膜。然而，据我们所知，之前没有研究应用沸石膜为基础的渗透蒸发过程脱水高盐锂溶液。此外，高质量DDR沸石膜的合成常常受到膜生长过程中DOH和SGT等相杂质的阻碍，这些相杂质会大大降低分离性能。

图1为合成的DDR和CHA沸石晶种的SEM和XRD图。采用图1所示的晶种进行后续膜的合成。图2展示了使用DDR和CHA晶种层制备的DDR沸石膜的SEM图像。除了相对较小的DDR沸石晶体外，在DDR晶种上生长的膜还出现了一些大晶粒（直径约10μm），通过XRD分析确定这些大晶粒为SGT型沸石。还观察到凝胶明显渗入载体，导致有效沸石膜厚度仅为2.5μm。相比之下，用CHA晶种制备的膜表面互生度有所改善，由均匀的菱形DDR晶体组成，未检测到SGT晶粒。XRD证实其具有高相纯度，仅显示DDR型衍射峰，CHA或SGT相可忽略不计。横截面成像表明，在异质外延生长过程中，凝胶渗透仍然显著，形成了同样较薄的沸石层。

 图1 （a，b）DDR 和（c，d） CHA 沸石晶种的 SEM 图像和 XRD 图谱

图 1a 的小图为球磨后 DDR 沸石的 SEM 图像

图2 以（a, b）DDR和（c, d）CHA沸石为晶种，ADA/SiO2摩尔比为0.03，140℃，44 h条件下

制备的DDR沸石膜的俯视图和截面的SEM图像

为进一步提高膜的质量，结晶时间从44小时延长至96小时，合成凝胶中的ADA/SiO₂比例从0.03提高到0.05。如图3所示，这一调整显著改善了膜的形貌和完整性。所得到的DDR沸石晶体具有优良的共生性，形成了厚度为4.3μm的连续层，这比在较低的ADA/SiO₂比例（0.03）下合成的膜（1–2μm）厚得多。膜厚度的增加可能归因于在较高模板浓度下晶体生长动力学的加快。横截面EDX mapping显示沸石层内的铝含量极低，从而证实了从α-Al₂O₃载体中浸出的铝量微乎其微。XRD分析进一步证实了相纯度，显示出清晰的DDR结构，未检测到SGT杂质。DDR沸石膜优异的相纯度凸显了异质外延生长策略的独特优势。此外，渗透测试表明，该膜在活化前完全不渗透氦气，这表明晶界缺陷可忽略不计。

图3 使用CHA晶种，凝胶中ADA/SiO₂摩尔比为0.05，在140°C，96h下制备的DDR沸石膜的表征：

(a) 俯视图和(b) 横截面SEM图像，(c) 横截面EDX映射图，以及(d) XRD图谱

图4展示了DDR沸石膜在渗透汽化溴化锂溶液脱水时的温度依存性。在所有测试的溴化锂浓度（20–60 wt%）范围内，水通量均与温度呈强烈的正相关关系。这种趋势在渗透蒸发脱水中很常见，其主要原因是在较高温度下，膜两侧的水蒸气压力增大。值得注意的是，在较高的溴化锂浓度下，温度对通量的增强程度变得不那么显著。这种浓度依赖性行为主要可以用高浓度溴化锂溶液中水分活度显著降低来解释。重要的是，在所有实验条件下，该膜都保持了优异的溴化锂截留率（>99%），这表明所合成的DDR沸石膜质量很高。

图4  DDR沸石膜对不同浓度和温度的LiBr溶液的渗透蒸发脱水的(a)通量和(b)截留率

 综上，通过采用CHA沸石晶种进行异质外延生长，成功制备出高质量DDR沸石膜，并将其用于通过渗透汽化法对溴化锂溶液进行脱水。该研究结果凸显了DDR沸石膜在溴化锂-水吸收式制冷机系统中应用的巨大潜力，尤其适用于处理高盐度溴化锂溶液。

 相关工作成果近日以“DDR 沸石膜的异质外延生长用于高盐 LiBr 溶液的渗透汽化脱水”(Heteroepitaxial growth of DDR zeolite membranes for pervaporation dehydration of hypersaline LiBr solutions)为题发表在海水淡化领域国际期刊《Desalination》。文章通讯作者为华南理工大学化学与化工学院叶枫博士和李刚教授，第一作者为华南理工大学化学与化工学院研究生潘子琳，论文作者还包括化学与化工学院樊栓狮教授、王燕鸿副研究员和郎雪梅副研究员。该研究得到了中央高校基本科研业务费（项目编号：2024ZYGXZR100、2025ZYGXZR098）以及广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2022A151501206）的支持。