沸石膜因具有规则亚纳米孔道、优异的热稳定性和化学稳定性，被认为是实现高效气体分离和有机溶剂脱水的重要膜材料。然而，目前MFI沸石膜普遍采用400–600 ℃高温焙烧去除有机模板剂，不仅能耗高、耗时长，而且容易因热应力导致晶界开裂，降低膜的选择性和稳定性。因此，开发低能耗、快速且无缺陷的活化技术，是推动沸石膜工业化应用的重要挑战。

针对上述问题，华南理工大学化学与化工学院樊栓狮、李刚团队提出了一种快速臭氧活化（Rapid Ozonation）策略。研究采用O₃/O₂混合气氛，在200 ℃下仅处理1 h即可有效去除MFI沸石孔道中的有机模板剂，同时最大程度避免传统高温焙烧带来的晶界裂纹和结构损伤。相比文献中通常需要8–48 h的臭氧处理工艺，该方法显著缩短了活化时间，为低能耗、高效率制备高品质沸石膜提供了新的解决方案。

通过SEM和XRD表征发现，制备得到的MFI沸石膜厚度约为5 μm，晶体排列致密连续，几乎没有针孔和裂纹；活化前He渗透率低于检测极限，说明膜层具有极高完整性。快速臭氧处理后，膜仍保持完整结构，而延长臭氧处理至48 h则会逐渐形成晶界缺陷，导致膜分离性能明显下降。

图1. 快速臭氧活化前后MFI沸石膜结构及缺陷变化

单组分气体渗透实验表明，快速活化后的MFI膜具有优异的分子筛分能力。在室温下，H₂/CH₄和H₂/N₂理想选择性分别达到10.3和6.5；对于动力学直径接近MFI孔径的C₃H₈和SF₆，其渗透率低于检测极限，因此H₂/C₃H₈和H₂/SF₆理想选择性均高于98680，充分证明膜层几乎不存在非选择性缺陷通道。而经过48 h臭氧处理后，大分子气体渗透率明显增加，选择性降低2–3个数量级，进一步说明快速活化更有利于保持膜完整性。

图2. 不同臭氧活化时间下MFI膜气体分离性能比较

研究进一步将快速活化膜应用于H₂/CH₄混合气体分离。结果表明，在100 ℃条件下，膜对H₂/CH₄混合气体的分离选择性达到23.8，优于多数已报道的MFI沸石膜。当进料压力由0.2 MPa提高至0.5 MPa时，H₂渗透率基本保持稳定，仅CH₄渗透略有增加，因此分离选择性仅轻微下降；改变进料组成时，膜性能几乎保持不变，表明该膜具有良好的工况适应能力和稳定的尺寸筛分机制。

图3. 快速臭氧活化MFI膜的H₂/CH₄混合气体分离性能

除气体分离外，该膜还用于异丙醇（IPA）脱水。在70 ℃、10 wt%水含量条件下，膜的水通量达到2.3 kg·m⁻²·h⁻¹，分离因子达到3278；在30–70 ℃范围内，渗透液中水含量始终保持99.5 wt%以上。研究认为，快速臭氧活化在保持膜完整性的同时保留了适当孔结构，使其兼具较高水通量和优异脱水性能，在有机溶剂脱水领域同样具有广阔应用前景。

 图4. 快速臭氧活化MFI膜在异丙醇脱水中的分离性能

机理分析表明，快速臭氧活化仅去除了部分模板剂，使膜仍保持较小平均孔径，同时大幅减少晶界缺陷，因此既保证了较高的氢气渗透率，又显著提高了小分子筛分能力。相比传统高温焙烧工艺，该方法不仅显著降低了能耗和处理时间，还避免了热应力导致的膜损伤，为高性能MFI沸石膜的规模化制备提供了一条更加绿色、高效的新路径。

相关成果以“Permeation Behaviors of MFI Zeolite Membranes Activated by Rapid Ozonation”为题发表于国际期刊Membranes。论文第一作者为华南理工大学化学与化工学院易桢茗，通讯作者为叶枫博士后和李刚教授，合作作者包括樊栓狮教授、郎雪梅、王燕鸿等，本研究得到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）资助