基于界面聚合法于复合层中添加载体对支撑液膜增进作用的初步研究

以界面聚合法在聚偏氟乙烯(PVDF)疏水膜支撑体表面分别制备了含有载体的活性复合支撑液膜和普通复合支撑液膜,研究了两种复合膜的基本性质、传质性能以及稳定性.结果显示,复合层中载体的加入改变了涂层的表面形态和孔径等,从而影响了聚酰胺层的基本性质,使其亲水性增强,荷负电性增强.液膜萃取N(Ⅱ)的实验结果显示,活性复合膜的初始通量比普通复合膜提高了66.0mg/(m~2·h),5h萃取率提升了8.5%,反萃率提升了7.3%,通量衰减率降低了20.6%.载体在复合层中的加入促进了Ni(Ⅱ)的传质效率,同时增进了支撑液膜萃取过程的稳定性.相比普通复合支撑液膜,活性复合支撑液膜在传质效率和运行稳定性方面更具优势.     

层层组装界面聚合制备聚酰胺复合正渗透膜研究

以聚丙烯腈(PAN)为支撑膜材料,利用相转化法制得PAN基膜,水解改性后作为支撑层,通过界面聚合法制备聚酰胺正渗透复合膜.考察了界面聚合次数对复合膜表面形貌结构、粗糙度、亲水性及正渗透性能、反渗透性能的影响.实验结果表明,膜表面粗糙度和亲水性随着界面聚合次数的增加而增大,而反渗透水通量随着界面聚合次数的增加而减小,盐截留率随之而增大,而正渗透性能测试中水通量和盐逆向通量随界面次数的增加而减小.综合得知,经过2次界面聚合后,复合膜表面粗糙度和亲水性较好,正渗透水通量达到16.97L/(m~2·h),盐逆向通量为6.02g/(m~2·h).     

聚乙二醇添加剂对聚砜正渗透膜性能的影响

以不同比例聚乙二醇(PEG400)为添加剂,通过相转化法和界面聚合过程,成功制备了一系列以聚砜为支撑层的复合正渗透膜.对铸膜液的热力学和动力学分析表明,PEG400添加量越多,相转化速率越快,而相转化速率又影响了正渗透膜支撑层的形貌结构.在不同PEG400质量分数下,支撑层的接触角、孔隙率接近.RO测试结果发现,随着PEG400质量分数增加,复合正渗透膜纯水通量增大,当PEG400质量分数为8%时,正渗透膜的纯水渗透系数(A)值最大[16.2L/(m~2·h·MPa)],膜结构参数(S)值最小(516μm).在FO测试中发现,随着PEG400质量分数的增加,正渗透膜水通量(Jv)先增大后减小,在PEG400质量分数为8%时达到最大值,分别为12.5L/(m~2·h)(AL-FS模式,活性皮层面向料液)和23.8L/(m~2·h)(AL-DS模式,活性皮层面向驱动液).实验表明,8%的PEG400添加量可以最有效地降低支撑层的内浓差极化程度.     

Ti3C2Tx(MXene)掺杂薄层复合纳滤膜的制备及其性能研究

通过氟化锂/稀盐酸刻蚀钛碳化铝合成单层二碳化三钛(Ti_3C_2T_x)纳米片,进而采用界面聚合方法制备一种MXene (Ti_3C_2T_x)掺杂的聚酰胺(PA)薄层复合纳滤膜,并对其渗透分离性能进行研究.以哌嗪(PIP)、Ti_3C_2T_x混合分散液作为水相、均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷溶液作为有机相,在聚醚砜(PES)超滤膜支撑层上进行界面聚合,获得Ti_3C_2T_x掺杂的薄层复合纳滤膜.对Ti_3C_2T_x掺杂的薄层复合纳滤膜的微观结构、化学成分、表面润湿性、表面电荷特征进行详细的测试与表征,并考察了Ti_3C_2T_x掺杂量对复合纳滤膜表面微观结构和分离性能的影响.结果表明,聚酰胺皮层中Ti_3C_2T_x的掺杂增加了膜表面的粗糙度,降低了聚酰胺皮层的厚度,提高了膜表面的亲水性及负电性,并在硫酸钠盐截留率保持98%的同时提高了纳滤膜的纯水通量.     

基于双层复合基膜的界面聚合正渗透膜的制备及表征

以不同结构的双层PEEK-WC中空纤维为基膜制备了界面聚合正渗透复合膜.基膜外表面孔径会对界面聚合层产生影响,小孔径的表面有利于形成更致密、截留性能更高的聚酰胺层.支撑层孔隙率提升和表面孔径及孔隙率增大会提高通量.内浓差极化现象不仅受支撑层的影响,还受到汲取液种类的影响.与NaCl相比,使用Na_2SO_4做汲取液使水通量提高1.3~1.6倍,反向盐通量降低76%~95%.     

基于LiCl溶液的复合支撑液膜的制备及其透湿性测定

选择具有强吸湿能力且难挥发的LiC1浓溶液作液膜相,以商品化的尼龙膜做多孔支撑体,以溶液沉积法合成聚偏氟乙烯为皮层,制备了复合支撑液膜.测试了复合支撑液膜的成膜规律和膜透湿性能.结果表明:运用溶液沉积法合成的复合支撑液膜与运用粘结法所合成的复合支撑液膜相比较,皮层与支撑层结合很好,皮层的厚度大大减少;具有很好的H2O蒸气渗透性能,几乎不能透过CO2;在保持铸膜液中致孔剂聚乙二醇2000的质量分数为2.4%不变的情况下,膜表面孔径、膜的H2O蒸气渗透的总传质系数、渗透速率和湿交换效率随着铸膜液中固含量的减少呈上升趋势.     

PA/PMIA复合纳滤膜的制备及性能研究

以聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为膜材料，LiCl和水为添加剂，N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，通过相转化法制备PMIA超滤基膜.以哌嗪(PIP)为水相单体，均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体，通过界面聚合法制备PA/PMIA复合纳滤膜.考察了单体浓度对复合纳滤膜渗透分离性能的影响，结果表明，当单体浓度增加时，复合纳滤膜的水通量下降，Na₂SO₄的截留率增大；水相单体PIP质量分数为0.5%,油相单体TMC质量分数为0.07%,反应时间为30 s,后处理温度为70℃,后处理时间为3 min时，所制备的PA/PMIA复合纳滤膜的水通量为508.9 L/(m²·h·MPa),Na₂SO₄截留率为98.24%,酰胺(PA)层厚度为40 nm,接触角为44°;PA/PMIA复合纳滤膜在有机溶剂和酸碱中浸泡30 d后，仍保持稳定的Na₂SO₄截留率.     

聚丙烯腈静电纺丝膜表面界面聚合制备复合纳滤膜

以聚丙烯腈静电纺丝膜为基膜,哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为单体,采用界面聚合法制备新型的复合纳滤膜,并对其性能进行了表征.实验重点研究了界面聚合中参加反应单体的浓度对界面聚合的影响.并用表面全反射红外光谱(ATR-FTIR)和扫描电镜(SEM)分别对界面聚合前后膜表面化学组成和膜表面、断面的微观结构进行了表征.最后还对复合膜的分离性能进行了测试,在0.3 MPa、25℃条件下,膜的纯水通量为14 L/(m2· h),复合膜对2 000 mg/L NaCl和Na2 SO4以及10 mg/L的固绿和甲基橙小分子的截留率分别为27.92％、95.13％、93.59％和95.81％,达到了纳滤分离级别.     

新型耐高温复合反渗透膜的制备与性能

以杂萘联苯聚芳醚腈酮超滤膜为基膜,间苯二胺作为水相单体、均苯三甲酰氯作为有机相单体,通过界面聚合法制备了新型耐高温聚芳香酰胺复合反渗透膜.研究了单体浓度、反应时间对膜性能的影响,用扫描电子显微镜和红外光谱仪表征了界面聚合反应前后膜表面形貌和化学结构的变化,并对膜的耐高温性能进行了考察.随着操作温度从20℃升高到95℃,膜的脱盐率保持在97.9%,通量从7.4 L/(m~2·h)上升至31.4 L/(m~2·h);膜在沸水中煮沸至3 h,其脱盐率基本不变而通量先增加后趋于稳定,表明杂萘联苯聚芳醚腈酮复合反渗透膜具有优良的耐高温性能.     

基于丹宁酸的低压复合纳滤膜的制备及其染料分离性能

以丹宁酸、异佛尔酮二异氰酸酯为反应物,以聚丙烯腈超滤膜为底膜,采用界面聚合法制备低压复合纳滤膜.ATR-FTIR与扫描电镜(SEM)测试结果表明,PAN表面形成无缺陷丹宁酸(TA)分离层;由于单宁酸(TA)多酚基团的空间位阻作用减慢了界面聚合反应速率,所得纳滤膜表层呈现疏松结构,在0.2MPa低操作压力下,丹宁酸复合纳滤膜的水通量可达15.81L/(m~2 h),甲基蓝截留率为94.5%;随着水相单宁酸浓度的增加,复合纳滤膜的甲基蓝截留率呈现先增加后降低的趋势,水通量的变化规律正好相反;抗污染性能测试表明,以丹宁酸制备的复合纳滤膜具有良好的抗污染性能.     

液膜常用表面活性剂对青霉素提取率及液膜溶胀的研究

采用以磷酸三丁酯(TBP)为流动载体,液体石蜡为膜相添加剂,煤油为膜溶剂与表面活性剂组成的W/O型乳状液膜体系提取模拟发酵液中的青霉素,考察了单一表面活性剂、混合表面活性剂对青霉素传质和液膜溶胀的影响.实验结果表明:聚胺类表面活性剂(兰113B、N205、ECA4360)对青霉素的提取率优于酯类表面活性剂(span80),且用量少、液膜溶胀率低;酯类表面活性剂与聚胺类表面活性剂不能配伍使用,聚胺类表面活性剂混合性能优于单一表面活性剂,有利于提高青霉素的传质,降低液膜溶胀.表面活性剂在液膜分离中起着极为重要的作用,直接影响着液膜的稳定性、溶胀性能及液膜的破乳.选择性能优良的表面活性剂,适宜的液膜配方和操作条件,有利于控制液膜溶胀,提高青霉素的提取率.     

静电纺PES/TiO_2支撑层正渗透膜的制备及其性能分析

用静电纺丝技术制备PES/TiO_2纳米纤维支撑层,分析了添加质量分数0.05%、0.15%和0.45%的TiO_2对纳米纤维支撑层的特性影响,在此基础上进行界面聚合制备正渗透膜.结果表明:质量分数26%PES中添加0.15%TiO_2制备的纳米纤维支撑层,孔径较均匀,经界面聚合后所制得的正渗透膜表面平均粗糙度较低,FO模式和PRO模式1h平均水通量J_W为7.05L/(m~2·h)和15.20L/(m~2·h),其J_S/J_W优于商业膜,PES中添加质量分数0.15%TiO_2得到的纳米纤维支撑层所制备的正渗透膜在两种模式下均表现出较好的稳定性.     

以PAMAM/TMC为单体的复合纳滤膜制备及其在油田采出水处理中的应用

以聚砜超滤膜为基膜,通过聚酰胺-胺(PAMAM,G0)与均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反应制备了复合纳滤膜.通过正交实验优化了纳滤膜的制备条件,并通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR-ATR)、场发射扫描电镜(FESEM)进行膜表面结构及形貌分析,测试了纳滤膜的盐截留能力.结果表明:纳滤膜制备条件确定为聚酰胺-胺(PAMAM,G0)浓度为0.25%,均苯三甲酰氯(TMC)浓度为0.3%,界面聚合时间为90s,热处理温度为80℃,热处理时间15min.界面聚合后在超滤膜表面形成了一层致密的聚酰胺(PA)活性皮层,所制得的复合纳滤膜盐截留顺序为Na_2SO_4MgSO_4MgCl_2NaCl,表明纳滤膜表面带有负电荷.纳滤膜处理采油废水时,存在过滤初期的通量快速下降、随后的缓慢下降以及最后的通量稳定3个阶段,且压力为0.7 MPa,0.9 MPa和1.1 MPa时所对应的通量由10L/(m~2·h)逐渐升高到22L/(m~2·h),其对采油废水的盐截留率处在12.6%~14%之间.     

界面聚合反应有机溶剂对聚酰胺复合纳滤膜结构及性能的影响

聚酰胺复合纳滤膜的分离性能主要由聚酰胺分离层决定。在界面聚合反应过程中,有机相溶剂的物理性质影响两相单体在界面的溶解及扩散行为,使聚酰胺分离层微观形貌结构发生变化,从而改变膜性能。以异构烷烃混合型溶剂Isopar G,Isopar H,Isopar L和Isopar M为有机相溶剂采用界面聚合法制备聚酰胺复合纳滤膜,考察上述有机相溶剂对复合纳滤膜聚酰胺交联度、分离层微观结构和聚酰胺高分子链堆积程度的影响,通过分析有机相溶剂物理性质与纳滤膜分离性能、聚酰胺层结构参数之间的相关性,探究有机相溶剂对纳滤膜分离性能的影响机制。结果表明,有机相溶剂的表面张力与聚酰胺高分子团簇的分形维数(D_m)呈强相关性,相关性系数为-0.98;D_m与复合纳滤膜的水透过系数(A)呈强相关性,相关性系数为0.95,即通过选取表面张力较低的有机相溶剂,有利于提高聚酰胺高分子的分形维数,使聚酰胺具有更高的链密度,短分子链结构堆积更加疏松,从而制备具有更高水通量的聚酰胺复合纳滤膜。有机相溶剂的表面张力与A的相关性系数为-0.97,进一步印证了上述结论。     

构建高性能复合正渗透膜及其在果汁浓缩中的应用

传统果汁浓缩技术存在营养损失大和口感差,以及设备管理成本高等缺点.近年来,正渗透技术因其可以弥补传统浓缩技术的缺陷,受到越来越多的关注.但浓缩过程中由于缺乏高性能的正渗透膜,大大限制了其应用推广.通过在聚砜支撑层背面构建碳纳米管(CNT)抗污染层,在支撑层表面界面聚合制备高性能聚酰胺复合正渗透膜,并应用于果汁浓缩.通过扫描电子显微镜的表征、支撑层盐扩散系数及TFC膜的水通量和反向盐通量的测定等方法,考察了CNT层对TFC膜结构及性能的影响.随后考察在实际果汁浓缩时TFC膜的通量衰减和恢复情况.结果表明,当抽滤CNT分散液的体积为20mL时,TFC膜性能最佳,浓缩果汁时膜通量显著优于未含CNT的对照膜.运行4 200min进行果汁浓缩时,膜通量衰减率和恢复率均明显优于对照膜.     

纳米纤维基复合反渗透膜的制备及过滤性能研究

以静电纺PET纳米纤维膜作为基底,先对其进行壳聚糖交联涂覆,再以间苯二胺和均苯三甲酰氯为聚合单体,采用界面聚合法在改性膜上制备聚酰胺复合反渗透膜。研究了聚合时间和热处理温度对膜的影响,用扫描电子显微镜(SEM)对膜的表面形貌进行了表征,用自制错流装置对其过滤性能进行了测试。实验结果表明,随着聚合时间的延长,膜表面趋向均匀而后团簇,截留率先增大后减小,通量先减小后增大;随着热处理温度的升高,膜呈现同样的变化规律。最佳聚合时间为90s,最佳热处理温度为55℃,此时反渗透膜对模拟海水(2.00g/L的NaCl水溶液)的截留率可达92%,对应的通量为21L/(m~2·h),具有较好的过滤性能。     

低雷诺数下溴化锂溶液降膜吸收热质传递的数值研究

溴化锂溶液降膜吸收是吸收式空调系统中常见的热质传递形式之一。本文对溶液降膜吸收过程的热质耦合传递分析,建立了溴化锂溶液垂直降膜吸收热质传递的二维数学物理模型,采用CFD-Fluent对模型进行求解。计算得到不同Re下的液膜界面温度、液膜内浓度分布、传热传质通量及传热传质系数等。分析了Re对降膜吸收过程中热质传递的影响。结果表明:当液膜Re150时,液膜界面平均温度与平均传质系数随着Re的增大而增大,而平均传热系数随着Re的增大而减少;平均传热传质通量均是随着Re的增大而先增大后减小,存在一个最佳液膜Re使降膜吸收过程的传热传质通量达到最大,即Re=50时,平均传热和传质通量分别达到最大值7.2 k W/m~2与2.9×10~(-3)kg/(m~2·s)。     

石墨烯量子点在分离膜材料中的应用研究进展

在传统分离膜中引入纳米材料,有望解决选择性与渗透性之间存在的Trade-off效应、膜污染、化学稳定性等关键共性技术难题.零维石墨烯量子点(GQDs)纳米材料具有尺寸小、比表面积大、亲水性强等突出优点,在分离膜材料领域具有潜在的应用前景.本文归纳了基于界面聚合、相转化、表面改性等常规制膜方法,将GQDs或改性GQDs引入活性层(表层)、中间层或支撑层(亚层)等膜基质中,实现调控与优化分离膜结构与性能的最新研究进展.探讨了GQDs与改性GQDs对界面聚合"反应-扩散"过程、铸膜液热力学与相转化动力学过程以及层状膜层间距的影响机制,并阐述了引入GQDs或改性GQDs赋予分离膜抑菌、自清洁、荧光检测等新功能的原因.最后,展望了基于GQDs开发新型膜材料所面临的机遇和挑战.     

新型耐高温聚酰胺复合纳滤膜的制备及性能研究

以耐高温的杂萘联苯聚芳醚超滤膜为基膜,通过哌嗪(PIP)与均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反应制备了复合纳滤膜.研究了界面聚合条件对膜性能的影响;利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了膜表面形貌,并用统计法计算了膜表面粗糙度;考察了操作条件对膜性能的影响,及膜对染料和无机盐的分离性能.结果表明,所制备的复合膜具有良好的热稳定性,在1.0MPa,80℃下对Na2SO4的截留率保持在96%以上,而通量高达400L/(m2·h).在1.0MPa,60℃下复合膜对低分子染料的截留率较高,且通量达到180～210L/(m2·h),对NaCl的截留率低于20%.     

新型聚酰胺复合正渗透膜的制备与表征

以聚砜为支撑基膜,以间苯二甲胺(m-XDA)和均苯三甲酰氯(TMC)为复合单体,经界面聚合反应制备聚酰胺复合正渗透膜。研究了聚酰胺复合正渗透膜的制备条件对膜性能的影响,并考察其耐氯性和抗污染能力。实验结果表明,选择合适的制备参数,16%PSf、6%PVP、60s挥发时间、40℃水浴、0.5%m-XDA、0.05%TMC、反应时间120s,制备出的复合正渗透膜性能优良。以去离子水为原料液,1mol/L NaCl为汲取液时的水通量最高达到17.5L/(m~2·h),反向扩散通量基本上在1.7mol/(m~2·h),对NaCl截留率为90%以上。在HA模拟溶液中,复合正渗透膜的水通量较正常情况下明显下降,再进一步比较pH值=5.5和8.0时可见,pH值较低时污染更为严重。对复合正渗透膜的耐氯性能进行考察,结果表明,复合正渗透膜的耐氯性在2 000ppmh左右。