新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜制备及其性能

高性能石墨烯基复合膜的制备是目前国际研究热点,但是石墨烯基纳滤膜在脱盐中水通量较低,限制其在脱盐中的应用。采用聚多巴胺(PDA)改性聚砜(PSF)膜为基膜,将还原氧化石墨烯(rGO)和超薄氮化碳(uCN)纳米片通过真空抽滤法在基膜表面自组装制备新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等研究uCN添加对膜结构和形貌的影响,并考察不同uCN添加比例、rGO用量及压力复合纳滤膜性能变化规律。结果显示当在100mg·L~(-1)的rGO中添加uCN为20 mg·L~(-1)时所制备的rGO/uCN复合纳滤膜不仅保持良好盐离子截留率(对Na_2SO_4截留率85.86%,对NaCl截留率30.17%),且水渗透系数是rGO膜的2.15倍(88.50 L·m~(-2)·h~(-1)·MPa~(-1))。     

层层自组装氧化石墨烯纳滤膜的制备及表征

层层自组装法是一种新型的纳滤膜制备方法。本文采用层层自组装法制备了氧化石墨烯(GO)纳滤膜,以聚乙烯亚胺(PEI)为聚电解质,考察了不同的GO浓度对纳滤膜的结构及性能的影响,确定了最优GO浓度,并在最优的GO浓度下改变聚电解质种类,研究了其对膜的结构及性能的影响。结果表明,随着GO浓度增加,膜性能显著提升。当GO浓度为0.200mg·m L^-1时,膜对伊文思蓝的截留率达到95.4%,为最优GO浓度。在最优GO浓度下,将聚电解质PEI改为聚乙烯亚胺(HPEI),或添加交联剂乙二胺(EDA),纳滤膜的膜通量及截留率均有明显变化,其中聚电解质为HPEI的膜,水通量为135L·m^-2·h^-1·MPa^-1,对伊文思蓝的截留率近100%,为性能最优的GO复合纳滤膜。     

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。     

氨基化氧化石墨烯界面聚合制备超薄复合纳滤膜

采用氨基化氧化石墨烯(NGO)为界面聚合水相单体,制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压(0.2 MPa)下纯水通量可达27.8 L·m-2·h-1,对小分子染料有较高的截留率(甲基橙截留率74.8%,橙黄钠截留率96.0%,刚果红截留率98.5%,甲基蓝截留率99%),对于无机盐的截留率较低(Na2SO4截留率21.4%,Mg SO4截留率10.7%,Na Cl截留率5.3%,Mg Cl2截留率1.5%),展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。     

氨基化氧化石墨烯界面聚合制备超薄复合纳滤膜

采用氨基化氧化石墨烯（NGO）为界面聚合水相单体,制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压（0.2 MPa）下纯水通量可达27.8 L·m^-2·h^-1,对小分子染料有较高的截留率（甲基橙截留率74.8%,橙黄钠截留率96.0%,刚果红截留率98.5%,甲基蓝截留率99%）,对于无机盐的截留率较低（Na₂SO₄截留率21.4%,MgSO₄截留率10.7%,NaCl截留率5.3%,MgCl₂截留率1.5%）,展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。     

氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜的层层自组装制备及其性能

氧化石墨烯（GO）的片层边缘含有 COOH等含氧官能团,因而带负电荷,可以在带正电荷多孔基体上通过层层自组装实现快速沉积。以由3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰的多孔氧化铝管式陶瓷膜为基膜,令GO和聚乙烯亚胺（PEI）以溶液形态在其表面交替沉积实现自组装,继以环氧氯丙烷（ECH）交联之,制备新型氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜。最佳制备工艺是,PEI浓度5 g·L^-1、pH=9,NaCl浓度0.3 mol·L^-1,GO浓度0.6 mg·ml^-1、pH 4.5,层数2层,ECH用量6.25 ml·L^-1,50℃条件下处理70 min。层数为1～4层的自组装膜在0.6 MPa操作压力下对2 g·L^-1的MgCl₂的截留率分别为90.16%、93.71%、97.54%、92.93%,其中1层自组装膜的渗透通量为21.92 L·m^-2·h^-1。氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜对4种无机盐的截留率大小为MgCl₂ >MgSO₄ > NaCl >Na₂SO₄,符合典型正电荷纳滤膜的特征。     

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))。     

基于胺基改性纳米SiO2的有机-无机杂化纳滤膜制备与性能

以聚醚砜纳滤膜为基膜，采用胺基改性纳米SiO₂掺杂树状聚酰胺-胺(PAMAM)作为水相改性剂制备了一类有机-无机复合纳滤膜。通过条件优化实验确定较佳界面聚合条件为有机相单体w(均苯三甲酰氯)=0.5%、w(PAMAM)=0.3%、w(SiO₂)=0.3%、处理时间90 s、处理温度80℃。在该条件下，纳滤膜对无机盐的截留率为67.3%、通量为31.3 L/(m²·h),对模拟污水的分离性能优于采用未改性纳米SiO₂制备的有机-无机复合纳滤膜。制备的纳滤膜对4种模拟矿化污水的截留顺序为Na₂SO₄>KCl>CaCl₂>MgCl₂。     

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的制备及其纳滤分离性能的研究

本文以均苯四甲基酸酐(PMDA)、4,4-二氨基二苯醚(ODA)作为原料，在合成过程中加入氧化石墨烯进行掺杂，制备出氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜，并考察了其纳滤分离性能。结果表明，在1.6MPa，膜面流速为0.25m·s^-1，操作温度20℃的条件下，膜通量为46.9L·(m²·h)^-1,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别为91.21%和77.78%；对比相同条件下的纯聚酰亚胺纳滤膜，膜通量提升33.47%,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别提升了13.28%和18.98%。因为氧化石墨烯具有很高的比表面积，并且在表面具有大量的亲水基团等特殊结构，所以通过掺杂可以明显提高聚酰亚胺纳滤膜的分离性能。     

纳米粒子/氧化石墨烯改性复合膜制备及其分离性能研究

采用真空抽滤-压力喷涂的方法，以聚酰胺纳滤膜为基膜，制备了氧化石墨烯和二氧化钛纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOT1、GOT2、GOT3和GOT4以及氧化石墨烯和二氧化硅纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOS1、GOS2、GOS3和GOS4。通过SEM、EDS、XPS和GIWAXS方法对GOT复合膜和GOS复合膜进行了分析表征，结果表明，氧化石墨烯和纳米粒子均匀负载在聚酰胺纳滤膜表面。研究了复合膜的性能，并推测了复合膜的净水机理。其中GOT复合膜在0.75 MPa下水通量可达50 L·m^-2·h^-1,相较于原始基膜提高了25%,显示出了最佳的水通量性能，并且在保持较高通量的同时，对盐溶液和重金属离子的截留率仍能维持在90%左右。真空抽滤-压力喷涂的方法为氧化石墨烯复合膜的制备提供一种新的工艺思路，为废水处理提供了一种更高净化效率的复合膜。     

进水水质对纳滤膜苦咸水软化的分离性能

针对黄淮地区苦咸水,构建了小试级别的纳滤膜法软化系统,并开展了包括pH、总溶解固体含盐量（TDS）和总有机碳（TOC）等进水水质对DL、DK型纳滤膜的软化分离实验。结果表明,pH为3~10、TDS为1317~5926 mg·L^-1和TOC为2.72~12.24 mg·L^-1的进水条件下,DL和DK纳滤膜比通量随pH的增加分别呈先上升后下降和缓慢下降的趋势,随进水TDS和TOC的增加呈整体下降趋势,而纳滤膜对硬度离子（Mg²⁺和Ca²⁺）的截留率均呈明显的上升趋势。DL膜运行至267 h时,膜比通量下降幅度超过10%,进行化学清洗,酸洗后膜比通量恢复率达到85.05%,酸洗加碱洗后该值高达97.2%,结合扫描电子显微镜和原子力显微镜表征结果,可知化学清洗对膜面污染有较好的去除效果。     

GO/Al2O3复合纳滤膜的制备及其稳定性能研究

以平均孔径为20 nm的Al₂O₃管式超滤膜为载体，经多巴胺改性后，利用压力驱动沉积法成功制备出能在水溶液中长期稳定的GO/Al₂O₃复合纳滤膜，并通过改变负载量实现了对GO层厚的调控。结果表明，随错流时间的延长，不同GO负载量下GO/Al₂O₃复合纳滤膜的纯水渗透系数均呈现先降低后稳定的趋势。且随着GO负载量的增加，稳态纯水渗透系数逐渐降低；当GO负载量增加到90 mg/m²后，GO/Al₂O₃复合纳滤膜对一二价盐的渗透系数与截留率均无显著变化。同时，由于盐测试过程中残余的盐离子在GO片层间产生了交联作用，从而导致随着在纯水中存放时间的延长，不同GO负载量的GO/Al₂O₃复合纳滤膜对一二价盐的截留率均呈上升趋势。GO负载量为140 mg/m²的GO/Al₂O₃复合纳滤膜在水中浸泡680 h后对1 mmol/L Na₂SO₄的截留率可达到91.0%。GO/Al₂O₃复合纳滤膜对四种一二价盐的截留率满足：R(Na₂SO₄) > R(MgSO₄) > R(NaCl) > R(MgCl₂)。     

氯化聚氯乙烯复合纳滤膜的制备及其在模拟RB5染料废水处理中的应用

以氯化聚氯乙烯（CPVC）超滤膜为基膜,采用单宁酸（TA）和哌嗪（PIP）在CPVC膜表面共沉积后与交联剂均苯三甲酰氯（TMC）进行界面聚合得到PA/TA/CPVC复合纳滤膜,采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、红外光谱及接触角对PA/TA/CPVC复合纳滤膜进行了表征,并探讨了干燥时间、TA/PIP浓度比、TA+PIP总浓度、TMC浓度对PA/TA/CPVC复合纳滤膜微观结构与性能的影响。结果表明,TA/PIP浓度比最佳为7/3,TA/PIP层的最佳干燥时间为20min,PA/TA/CPVC复合纳滤膜的纯水通量随着TA+PIP总浓度的增加和TMC浓度的增加而减少,对PEG1000的截留率均在90%以上。PA/TA/CPVC复合纳滤膜纯水通量最大值为4.5L/(m² · h · bar),此时PEG1000的截留率达到95.8%。对模拟RB5染料废水的最大通量为4.3L/(m² · h · bar),此时RB5的截留率为95.4%,对模拟RB5染料废水的稳定性较好。     

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。     

有机溶剂纳滤膜的润湿性对渗透和分离性能的影响

有机溶剂纳滤是一种绿色、高效、节能的新型膜分离技术，在回收和处理有机溶剂中具有广泛的应用前景。本文采用浸渍法分别将聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）、嵌段聚醚酰胺（PEBAX2533）和聚乙烯醇（PVA）与聚砜（PS）超滤基膜复合，制备了3种不同润湿性的聚合物耐溶剂纳滤膜，研究了PDMS/PS、PEBAX/PS和PVA/PS复合膜对甲醇、乙醇、异丙醇、正己烷、正庚烷的渗透性能，考察了3种聚合物膜对伊文思蓝/甲醇溶液的有机溶剂纳滤性能。结果表明，有机溶剂在不同润湿性复合膜的渗透和传递性能与溶剂本身的溶度参数、分子量、黏度和极性等有很密切的相关性，溶剂的分子量、黏度、分子动力学直径越小，在同一极性复合膜中渗透通量越大；对伊文思蓝/甲醇溶液的有机溶剂纳滤分离表明，PDMS/PS和PEBAX/PS复合膜的截留率均可达90%以上，通量分别为 58.0L/(m²·h·MPa)和72.2L/(m²·h·MPa)；PVA/PS复合膜的截留率为85.1%左右，通量为57.5L/(m²·h·MPa)。     

氧化石墨烯掺杂反渗透混合基质膜制备及性能

由于芳香族聚酰胺反渗透膜在抗污染性以及耐氯性方面存在不足,限制了其在海水淡化等方面的应用。采用往油相中添加氧化石墨烯（GO）的二次界面聚合法改性了商业反渗透膜,评价了GO掺杂反渗透混合基质膜的分离性能和耐氯性能,并用接触角仪、Zeta电位仪、扫描电镜和原子力显微镜等仪器表征了膜的亲水性能、荷电性能以及膜表面形貌。结果表明,GO的添加提高了膜的分离性能、耐氯性能和亲水性能;当GO添加量为30 mg·L^-1时,膜的通量为（77.7±0.9） L·m^-2·h^-1,膜的截留率为97.6%±0.5%,相比商业膜分别提高了38.4%和4.5%。当氯化强度低于4800 mg·L^-1·h时,膜的水通量和盐截留率变化不明显。     

Ti/Zr复合纳滤膜的制备及其性能

通过聚合溶胶路线制备出稳定的Ti/Zr(摩尔比=1:1)复合溶胶。采用浸浆法,在平均孔径为5～6 nm的片状a-Al₂O₃/g-Al₂O₃载体上制备出完整无缺陷的Ti/Zr复合纳滤膜。详细考察了焙烧温度对Ti/Zr粉体的影响,并考察了Ti/Zr复合纳滤膜的性能。结果表明:在较高烧成温度下(500℃),Ti/Zr粉体依然呈无定形态且保持微孔结构。在400℃烧成温度下制备出孔径为1.49 nm的Ti/Zr复合纳滤膜,该膜的截留分子量(MWCO)为880,纯水通量为4.3 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。在pH=6,压力0.8 MPa的条件下,该膜对0.005 mol·L^-1的MgCl₂、CaCl₂的截留率分别为85%和78%。