基于碳纳米管-聚丙烯腈纤维支撑层的正渗透膜制备

在聚丙烯腈(PAN)溶液中加入功能化的多壁碳纳米管(f-MWCNTs),采用静电纺丝法制备纳米纤维多孔支撑层,在其表面通过界面聚合制备超薄聚酰胺截盐层,制得正渗透复合膜,考察了PAN浓度及碳纳米管添加量对膜结构性能的影响.结果表明,随PAN浓度增大,支撑层纤维直径增大,水通量降低,截盐率增大.含羧基和羟基的f-MWCNTs可增强膜的亲水性和机械强度,提高膜通量和截盐率.PAN浓度为12%(?)、f-MWCNTs浓度为1.44%(?)时,膜的机械强度可达10.55 MPa,与水的接触角为41.39°,机械强度和亲水性优于未添加碳纳米管的PAN正渗透膜(机械强度3.60 MPa,接触角为61.86°).以1 mol/L Na Cl为汲取液、去离子水为原料液,膜的水通量可达79.1 L/(m2·h),明显高于商用渗透膜CTA-NW和CTA-ES[8.8和18.4 L/(m2·h)],溶质反向通量仅为50.4 g/(m2·h).     

基于MXene中间层的复合纳滤膜制备及其盐水分离性能研究

通过湿法化学刻蚀得到单层MXene纳米片后，采用旋涂法将MXene纳米片负载至基膜上作为中间层制备聚酰胺复合纳滤膜，并探讨了MXene不同负载浓度对复合纳滤膜通量及盐截留性能的影响。结果表明引入MXene作为中间层，使得圆泡状形貌在所得膜表面形成，当旋涂1 mL浓度为0.1 g/L MXene时，通量为24.2 L/(m²·h)，硫酸钠截留率为97.4%，相比传统膜(通量12.9 L/(m²·h)，硫酸钠截留率96.3%)性能提升明显。随着MXene旋涂负载浓度增加，通量逐渐减小，而硫酸钠截留率则存在先增加后减小再稳定的趋势，截留率最高可达98.8%(通量16.3 L/(m²·h))。     

具有三维聚酰胺脱盐网络结构的无纺布复合正渗透膜

利用间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC），直接在聚酯无纺布（NV）织物的多孔空间中进行界面聚合，形成大通量无纺布复合正渗透（NVC-FO）膜。NVC-FO膜在无纺布内部形成的多层次三维（3-D）聚酰胺结构，分布在30~50μm深的聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑材料的内部。这种相对松散的有深度的3-D聚酰胺网络，不仅透水表面积大，而且可以避免薄层聚酰胺缺陷导致的高漏盐性，有较低的反向盐通量。进一步研究发现，在一定范围内降低单体质量分数（MPD 1%~0.01%，TMC 0.5%~0.005%），可以形成更宽广的3-D聚酰胺网络结构，在保持较低的反向盐通量的同时得到更高的水通量。使用1mol/L NaCl作为汲取溶液，优化的NVC-FO膜水通量最高可以达到193.54L/(m²·h)，反向盐通量为0.047mol/(m²·h)。采用加压正渗透实验，发现这些高通量NVC-FO膜的盐穿透破裂压力在200~1400Pa之间，而且证实了降低单体质量分数会导致膜的耐压性能显著降低。尽管NVC-FO膜的耐压性能有待提高，但是该研究有可能为构建高脱盐性能的FO膜提供一条新的思路。     

碳纳米管填充PDMS膜的渗透汽化性能

将碳纳米管（CNTs）填充到PDMS中制备出CNTs/PDMS杂化膜,并将其用于乙醇/水体系的分离,发现由多壁碳纳米管制备的膜分离性能优于单壁碳纳米管填充膜,在40℃下,进料乙醇浓度为5%（质量分数）时,膜的分离因子可由8.3提高到10.0,渗透通量为206.2 g·（m²·h）^-1;采用十二烷基三氯硅烷对多壁碳纳米管进行修饰,并对修饰前后碳纳米管的性能进行表征,研究表明修饰后碳纳米管表面形成疏水层,碳纳米管的疏水性增强;将修饰后的碳纳米管填充到PDMS中,可进一步提高杂化膜对乙醇的选择性,膜的分离因子可提高到11.3,渗透通量为130.9 g·（m²·h）^-1。     

荷正电聚酰胺有机/无机杂化复合纳滤膜的制备和脱盐性能研究

以聚砜(PSF)超滤基膜为支撑层,将氨基化多壁碳纳米管(MWCNTs-NH_2)分散在聚乙烯亚胺(PEI)水溶液中得到水相溶液,与间苯二甲酰氯(IPC)和均苯三甲酰氯(TMC)的混合有机相溶液进行界面聚合反应,制备了荷正电氨基化多壁碳纳米管/聚酰胺/聚砜(MWCNTs-NH_2/PA/PSF)有机-无机杂化复合纳滤膜,并确定了最佳的MWCNTs-NH_2质量分数为0.16%。优化制备条件所制得的MWCNTs-NH_2/PA活性层厚度为155 nm,较PA活性层薄。在0.4 MPa、室温下,对1 000 mg/L MgCl_2水溶液的截留率为93.0%,通量为13.9 L/(m~2·h)。该种荷正电的聚酰胺杂化复合纳滤膜对不同无机盐有不同的截留性能,可应用于海水淡化的预处理、硬水软化、饮用水净化等。     

聚电解质复合纳滤膜的制备及其截盐性能研究

采用静电诱导法，通过铸膜液中带负电的磺化聚醚砜(SPES)和凝固浴中带正电的聚乙烯亚胺(PEI)在相分离时形成的相互吸引作用，在聚醚砜(PES)膜表面形成聚电解质分离层，再经过交联处理和热处理制得聚醚砜复合纳滤膜。结果表明，当铸膜液中SPES/PES比例为4/17，凝固浴中加入的PEI分子量为10 000 g/mol时，所制得的纳滤膜在较低测试压力(0.3 MPa)下对硫酸镁(MgSO₄)和硫酸钠(Na₂SO₄)的截留率分别为91.1%、85.7%，对其溶液的渗透性能分别为71.4 L/(m²·h·MPa)、75.9 L/(m²·h·MPa)。     

正渗透策略和化学清洗海水淡化反渗透膜

为解决海水淡化过程中反渗透膜的污染问题，研究了基于正渗透策略的反渗透产水、模拟反渗透浓水、模拟海水不同的组合清洗和清洗时间对膜通量和截留率的影响。针对不可逆污染，研究了不同化学清洗药剂、浸泡时间、浓度对膜通量和截留率的影响。结果表明，正渗透策略清洗方式中，淡水/模拟反渗透浓水的组合清洗方式效果最佳，其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至13.6 L/(m²·h·MPa)，截留率从80.59%提升至92.80%。此外，经质量分数为2%的柠檬酸溶液浸泡2 h后，再使用质量分数为1%的乙二胺四乙酸四钠盐和0.3%的三聚磷酸钠溶液浸泡1.5 h，其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至14.3 L/(m²·h·MPa)，截留率从80.59%提升至96.27%。从SEM和AFM图可以看出，正渗透清洗策略并未对膜表面选择层造成损坏，且可以清洗膜表面的有机污染物和无机污染物，因此，应用这种方法对污染的反渗透膜进行清洗，可延长化学清洗周期，减少化学清洗剂用量，具有一定的工业应用前景。     

碳纳米管改性方法对聚酰胺11性能影响研究

采用酸处理和聚乙烯亚胺(PEI)表面修饰两种方法对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性,将改性碳纳米管与聚酰胺11(PA11)熔融共混,制备了聚酰胺11/酸刻蚀碳纳米管(PA11/a-MWCNTs)和聚酰胺11/聚乙烯亚胺接枝碳纳米管(PA11/PEI-MWCNTs)复合材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪...     

脱乙酰基改性乙酸纤维薄膜对乳化油分离及积垢机理的探究

利用静电纺丝制造乙酸纤维素膜（CA纤维膜）,并利用添加TiO₂及脱乙酰基（d-CA）对CA纤维膜进行改性,后续对膜过滤特性、渗透通量、油水乳化液去除效率、反洗特性及积垢机制进行讨究。结果显示,CA纤维膜通过TiO₂及d-CA改性后可以提高膜的热稳定性及亲水性能,并得到稳定的纯水通量和过滤通量;最佳的比例为TiO₂@d-18.5%CA纤维膜,在40kPa跨膜压差、60min的操作条件下,其纯水通量、过滤通量、1g/L油水乳化液去除效率以及反洗后通量分别为824.8L/(m²·h)、(311.3±12.5)L/(m²·h)、93.6%±1.1%、451.5L/(m²·h);另外,添加TiO₂可能导致油水乳化液在膜表面不可逆阻力比例的增加,脱乙酰基改性CA纤维膜则可以降低膜自身阻力及增加可逆阻力的比例,提高CA纤维膜在油水分离方面的潜力。     

聚多巴胺-氧化石墨烯-碳纳米管层状复合脱盐膜的制备及性能稳定性研究

二维纳米材料氧化石墨烯(GO)可通过层层堆叠成膜、构建层间毛细孔道,用于脱盐应用。然而,GO膜在运行过程中的渗透性能及其稳定性都有待提升。以亲水的碳纳米管(CNTs)为改性物,在聚多巴胺(PDA)修饰的基膜上交替喷涂多层GO(MLGO)和CNTs,制备出了多元层状复合脱盐膜。当MLGO-CNTs的单位面积质量为72 mg/m²时,复合膜在5 bar操作压力下对1 g/L Na₂SO₄溶液的盐截留率最高达到92.8%,水通量最高可达到4.8 L/(m²·h·bar),较PDA-MLGO膜提高了71.4%。在400 h的连续错流过滤实验中,复合膜的水通量稳定性高于PDA-MLGO膜。CNTs的管内空间和MLGO-CNTs组装间隙为复合膜引入了有效的渗透通道。     

原位界面聚合制备PVDF复合纳滤膜的研究

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)复合纳滤膜性能，以掺入单体哌嗪(PIP)的铸膜液制备基膜，通过原位界面聚合快速制备复合纳滤膜，简化了制备程序。ATR-FTIR分析结果表明，基膜上成功生成聚酰胺(PA)层，SEM观察到PA层表面具有典型结节结构。得到的复合纳滤膜对Na₂SO₄截留率为95.59%,渗透通量为12.37 L/(m²·h·bar),远高于传统界面聚合制备的PVDF复合纳滤膜。72 h的持续测试结果表明该复合纳滤膜具有良好的长期稳定性。     

多壁碳纳米管改性正渗透膜及抗污染性能分析

将多壁碳纳米管(MWCNTs)和醋酸纤维素(CA)进行物理共混改性,利用相转化法制备MWCNTs改性正渗透膜,通过扫描电子显微镜和傅立叶红外分光光度计的表征、水通量和反向盐通量的测定等方法考察了MWCNTs添加量对膜结构及性能的影响,并采用耗散型石英晶体微天平探讨了高盐条件下海藻酸钠(SA)在不同含量MWCNTs改性膜表面的吸附行为及吸附层结构特征。结果表明,添加适量MWCNTs能使膜的渗透性能和抗污染性能明显提高。当MWCNTs的质量分数为0.5%时,膜性能最佳,其纯水通量为14.5 L/(m~2·h),反向盐通量为8.54 g/(m~2·h)。在一定范围内,随着MWCNTs的含量增加,膜表面对SA的吸附速率和吸附量降低,形成的吸附层更为疏松。     

聚乙烯电池隔膜为支撑层的反渗透膜的制备

以聚乙烯电池隔膜替代传统聚酯支撑层，利用相转换法在其上涂覆聚芳醚砜，然后利用界面聚合在表面制备聚酰胺分离层，最终成功得到以聚乙烯电池隔膜为支撑层的反渗透膜，并对膜的表面化学性能和物理结构进行了表征，利用错流过滤测试系统测试其分离性能，探究不同条件下所得反渗透膜的水通量和截留率。结果表明：聚芳醚砜、间苯二胺、1,3,5-苯三甲酰氯质量分数分别为12.00%,2.00%和0.10%时，所制反透渗膜具有均匀的脊谷结构，其对NaCl的截留率为96.87%，水通量为16.02 L/(m²·h)，且使用10 h仍保持良好的稳定性。     

正渗透处理模拟印染废水的性能研究

实验以1 mol/L的NaCl溶液为汲取液,以活性染料印染废水、分散染料印染废水为原料液,探究不同染料类型、膜朝向及温度对正渗透性能的影响,以及不同情况下的膜污染情况。正渗透处理两种染料都有很高的水通量;AL-FS模式初始水通量为14.79 L/(m²·h),COD截留率为98.8%,色度为99.2%。AL-DS模式下分别为17.82L/(m²·h)、93.2%和93.9%;温度由15℃升高到35℃,水通量增加了5.6%,COD截留率降低了1.1%,色度截留率降低了1.2%;超声清洗后AL-FS模式下恢复率为94.3%,AL-DS模式下为91.2%。AL-FS模式优于AL-DS,水通量随温度的升高而升高,膜清洗水通量恢复率较高。     

壳聚糖/聚乳酸复合膜的制备及其吸附性能

为了减小水处理废弃膜对环境的危害，以静电纺聚乳酸(PLA)纤维膜为基底层，采用浸涂的方式将壳聚糖(CS)涂覆层与PLA基底层复合形成了CS/PLA复合膜。采用SEM、XRD对其进行了表征。考察了CS与PLA体积比对膜性能的影响。结果发现，当CS和PLA体积比为7∶5时，CS涂覆层表面致密且平整，其厚度为7μm,CS/PLA复合膜的拉伸强度为2.55 MPa，断裂伸长率为24.96%，纯水通量为115.32 L/(m²·h)，对酸性染料的渗透通量为99.43 L/(m²·h)，吸附率达96%；对牛血清蛋白和卵清蛋白的吸附率分别为86%和84%；对Cu²⁺、Pb²⁺和Cd²⁺的平衡吸附量分别为165.00、248.54和307.83 mg/g。     

PAM汲取液制备及FO浓缩模拟城市污水可行性

通过共沉淀法制备了超顺磁性纳米颗粒，并利用聚丙烯酰胺对其改性，制备了新型正渗透汲取液Fe₃O₄@PAM，探究其正渗透浓缩模拟城市污水的可行性。通过SEM、FTIR、XRD和VSM等技术对改性前后的磁性纳米颗粒形貌结构进行表征，表明PAM可很好地负载在Fe₃O₄表面。PAM、MNPs和Fe₃O₄@PAM汲取液在相同FO运行条件下，Fe₃O₄@PAM汲取液的水通量最大，为5.1 L/(m²·h);AM(PAM的前聚体)/MNPs在质量比分别为3、2.5、2、1.5时制备改性磁纳米颗粒，质量比为3制备的20 g/L的Fe₃O₄@PAM水通量最大，为7.7 L/(m²·h)；当Fe₃O₄@PAM(3∶1)的浓度从10 g/L增加至70 g/L时，水通量从4.3 L/(m²     

两种支撑材料对PVDF膜微观结构和性能的影响

选用2种无纺布(W₁、W₂)作为膜支撑材料，通过非溶剂致相分离(Nips)法制备聚偏氟乙烯(PVDF)平板膜，利用扫描电子显微镜、接触角测试仪对无纺布和膜的形貌和亲水性进行分析，分析支撑材料的表面形貌和亲水性对PVDF膜微观结构、抗污染、水通量和剥离强度的影响。结果表明，W₂的纤维直径较大，呈三维排列的网络几何结构，纤维间的结合更紧密。与W₁相比，W₂接触角增大至96°,虽然支撑材料的亲水性降低，但是，以W₂为支撑材料制备的PVDF膜综合性能最佳，纯水通量为910 L/(m²·h),通量恢复率为98.4%,无纺布与膜的剥离强度为244 N/m。在相同刮膜条件下，以W₁为支撑材料制备的膜纯水通量为230 L/(m²·h),通量恢复率为80.6%,剥离强度为160 N/m。因此，将密度小、质量大的无纺布(W₂)作为支撑材料，能提高PVDF平板膜的综合性能。     

三嗪框架聚合物膜用于有机纳滤甲醇/正己烷分离

具备耐各种有机溶剂的微孔聚合物膜在有机纳滤领域逐渐受到重视。采用双氰基单体的超酸催化成环聚合反应，制备微孔框架聚合物薄膜(CTF-BP)，该膜具备良好的力学性能，可耐受甲醇和正己烷等常见有机溶剂。CTFBP膜内大量<1.0 nm的微孔通道使膜具备良好的筛分性能，其截留分子量为550。膜内含有的三嗪结构与羟基具有较强的亲和性，使甲醇的跨膜通量[1.10 L/(m²·h·bar)]显著高于黏度更低的正己烷通量[0.23 L/(m²·h·bar)]。采用纳滤操作将膜用于分离含低浓度甲醇的正己烷溶液[含5%(质量)甲醇的正己烷溶液]，结果显示甲醇/正己烷分离因子最高可达到1485，渗透液的总流量超过3.21 kg/(m²·h)。证实CTF-BP膜有望实现高效甲醇/正己烷分离。     

高通量二氧化硅复合膜的制备及其渗透汽化性能研究

二氧化硅复合膜展现出的耐酸性和稳定性在渗透汽化领域有着广阔的应用前景。本文采用真空抽吸浸渍法制备二氧化硅复合膜的支撑层,得到高通量二氧化硅复合膜。本文对支撑层真空抽吸的最优条件进行探究,并采用扫描电镜对膜层的表面、截面形貌结构进行表征。结果表明,当支撑层溶胶质量浓度为2%,真空抽吸时间为10 s,真空抽吸压力为0.10 MPa时制备出致密的二氧化硅复合膜,其膜层厚度为6~7 μm。将本文制备的二氧化硅复合膜应用于异丙醇水溶液渗透汽化中,该膜显示出优异的分离性能,其中异丙醇的渗透通量为6.42 kg/(m²·h)。     

二元醇共价交联羧基化石墨烯复合膜和正丁醇脱水性能

以二元醇（乙二醇、1,3-丙二醇和1,4-丁二醇）为交联剂,通过抽滤的方式在涂覆盐酸多巴胺的聚醚砜（PES）支撑层上制备了共价交联的羧基化石墨烯/聚醚砜（CG/PES）复合膜。稳定性测试证明盐酸多巴胺的涂覆和二元醇的交联显著提高了分离层和支撑层以及CG纳米片间的结合力。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和水接触角测试仪对复合膜的物化性质和微观形貌进行了表征。结果表明,所得复合膜的分离层连续无缺陷,厚度在60~64nm之间。二元醇与CG纳米片上的羧基成功发生反应,将CG纳米片锚固在一起。交联剂的引入没有大幅降低亲水性且实现了对分离层层间距的有效调控,随二元醇分子尺寸增加,所得复合膜的层间距由0.761nm提高到0.778nm。CG/PES复合膜对正丁醇/水混合物具有优良的渗透汽化分离性能。在料液温度为50℃、料液中水的质量分数为10%时,三种交联剂所得复合膜的渗透通量分别达到0.79kg/(m²·h)、0.87kg/(m²·h)和0.96kg/(m²·h),而分离因子比未交联的复合膜高一个数量级。15天的稳定性测试结果表明,所得复合膜分离性能无显著变化,能够满足渗透汽化应用要求。