天大：PTFE多孔膜技术最新研究进展

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2026-06-24             环球过滤分离技术网              guolvfenlitech6










      膜分离技术因其分离效率高、能耗低、环境效益好等优点，在过去几十年里得到快速发展，已成为解决当前全球能源危机、水资源危机、大气污染等重大问题的关键共性技术之一。膜材料是膜技术的核心，目前具有优良加工性能和高性价比的聚合物膜材料依旧占主导地位。然而，日益复杂的处理环境对高性能膜材料提出了更高要求，特别是适用于高温、强酸/强碱、有机溶剂等苛刻环境的膜材料的开发具有重要意义。聚四氟乙烯（PTFE）由于氟原子电负性极大，极化率低和稳固的C-F键，使其显示出优异的耐温性、耐候性和化学稳定性能，成为理想的膜材料之一被广泛关注，在膜接触器、空气净化、生物医学和新能源等领域显示出巨大应用潜力。

最近，天津工业大学黄庆林教授纤维新材料团队在分离膜领域权威期刊《Journal of Membrane Science》（中科院一区，IF 2022：10.53）发表题为“PTFE porous membrane technology: A comprehensive review”的综述，系统总结了PTFE多孔膜的制备方法和最新研究进展，对PTFE多孔膜孔结构的控制策略和功能化方法进行了分类和详细说明，展示了PTFE多孔膜在膜接触器、空气净化和防水透湿等领域的典型应用，提出了PTFE多孔膜领域目前面临的主要挑战，并展望了未来的发展趋势。该论文共同第一作者为天津工业大学硕士研究生郭强与烟台大学黄岩博士，通讯作者为天津工业大学黄庆林教授和烟台大学黄岩博士，上海工程技术大学肖长发教授为共同作者。

（一）PTFE材料

1938年，杜邦化学家Roy Plunkett在制冷剂研究过程中偶然发现PTFE，开启了全氟聚合物领域及其商业化。PTFE的基本性质源于其特殊的化学结构，氟原子在碳主链周围形成外壳，使其具有良好的化学稳定性和惰性，低表面能，低摩擦系数和不粘性。如今，PTFE在化工、医疗、环境、航空航天等领域已有广泛应用。本文第二部分介绍了PTFE材料的聚合工艺、结构与性能、加工、回收与处置以及应用。

图1 综述了 PTFE原料主要种类、基本性质、主要加工方法和基本应用

（二）PTFE多孔膜制备

PTFE几乎不溶于任何有机溶剂，无支化的分子链和高分子量以及高结晶度使PTFE具有高熔点（327℃）和极高的熔体粘度，其加工性能受本身“不溶不熔”特性的制约，因此常规的非溶剂致相分离法(NIPS)、热致相分离法(TIPS)或熔体纺丝法都不能获得PTFE多孔膜。PTFE多孔膜的制备主要开始于20世纪60年代初，双轴拉伸工艺技术在1973年被Gore申请专利。迄今为止，制备PTFE多孔膜（包括平板膜、中空纤维膜和管状膜等）的方法主要有糊料挤出-拉伸法、致孔剂辅助烧结法、乳液静电纺丝法、近场静电直写法以及包缠法等。本文的第三部分对近年来PTFE多孔膜的制备技术进行详细介绍，阐述了PTFE多孔膜的孔结构调控方法。

图2，图3展示了PTFE膜的制备过程及典型的膜结构

（三）PTFE膜改性

本文主要从膜表面润湿性以及功能化改性两方面入手，对PTFE膜改性方面的最新进展进行了总结和讨论。亲水改性主要包括通过打开分子链接枝亲水基团、原子层沉积亲水无机物、表面涂覆等方法，疏水、双疏改性则主要通过提高膜表面粗糙度、降低表面能实现。膜的功能化则主要面对逐渐拓展的膜应用领域的需求，通过引入功能性物质赋予PTFE膜光热、光催化、焦耳加热、电催化等功能。

图4 PTFE膜改性和膜应用汇总

（四）PTFE膜应用

本文展示了PTFE膜在膜接触器（如膜蒸馏、膜乳化、膜吸收、空气除湿等）、空气净化、油水分离以及防水透湿等领域的应用，并对不同改性方法所得的PTFE膜在膜蒸馏中的实际表现进行了总结。而在诸如纳滤、反渗透、渗透蒸发、质子交换膜基材，电池隔膜等新型膜过程，PTFE多孔膜同样具有巨大潜力。

总结与展望

目前，糊料挤出-拉伸法制备PTFE多孔膜仍是主流，但膜结构的可控性仍有待提高，而全纤维化的PTFE纳米纤维膜具有更大的结构调控和改性空间，可作为拉伸膜的有效补充。针对PTFE膜的改性方法应进一步考虑其稳定性和经济性。在不削弱PTFE耐温、耐溶剂性前提下，实现高通量、高精度分离，充分利用其耐溶剂性，开发作为纳滤、渗透汽化或反渗透工艺的衬底，可能是未来研究的重点。PTFE膜在膜接触器中已有广泛应用，而膜润湿和膜污染的问题仍需要更加经济环保的解决方案，具有自清洁性、抗有机溶剂润湿性、不受表面活性剂影响的双疏PTFE膜将受到越来越多的关注。另外，PTFE膜在纳米能源和智能穿戴等方面的应用以及作为催化剂载体方面将是未来的研究热点。

天津工业大学黄庆林教授纤维新材料团队长期从事PTFE多孔膜的成形机理、制备技术及产品开发研究，在PTFE多孔膜的结构调控、性能优化和功能化改性方面做了较多代表性工作。团队开发的全纤维化、无节点结构的PTFE纳米纤维膜具有孔结构均匀、孔隙率高、模量高以及自支撑性强等综合优点（图5），可作为PTFE双向拉伸膜的有效补充，拓展其在防水透气透声、新能源等领域的应用。开发的均质化、类圆形孔结构的PTFE多孔膜与PTFE双向拉伸膜的“纤维-节点”孔结构相比（图6），具有更窄的孔径分布和更高的分离精度，在苛刻条件下的液体分离、膜接触器等领域体现出良好的应用前景。

图5 全纤维化PTFE纳米纤维膜和双向拉伸PTFE多孔膜的孔结构及其应用领域

图6 PTFE膜孔结构的调控及功能化改性

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