制备聚酰胺复合膜中界面聚合反应添加剂研究进展

聚酰胺复合膜以其优良的稳定性及良好的分离选择性成为水处理和化工分离领域应用范围最广的分离材料之一。聚酰胺复合膜一般采用界面聚合法制备,由于界面聚合反应活性高、反应参数多,致使界面层结构难以控制,膜的渗透性或选择性不理想。因此,如何有效调控膜结构,实现膜的高渗透性或选择性是目前面临的重要挑战。近期诸多研究表明,在水相或有机相中引入添加剂可以改变油水界面张力进而调控单体界面扩散速率及界面分布,或通过改变反应机理影响聚合反应速率,最终实现对界面层结构和膜性能的调控。本文从添加剂种类、性质和调控作用等角度总结了近年来添加剂对复合膜结构及性能调控的研究进展,分析了现有研究存在的问题,并建议从微观层面探究界面过程的物理化学性质以及开发高时间分辨率原位表征方法等。     

正交实验法优化制备复合荷电镶嵌膜

以聚醚砜为基膜,以聚环氧氟丙烷胺及2,5-二胺基苯磺酸混合水溶液(无机相)与三酰氯的正己烷溶液(有机相)通过界面聚合反应,制备了一种新型的复合荷电镶嵌膜.采用正交设计实验方法,研究了界面聚合条件如界面聚合单体的浓度及界面聚合反应时间对膜性能的影响.结果表明:三酰氯的浓度对膜性能的影响最为显著,其次是界面聚合时间,而聚环氧氟丙烷胺的浓度对膜性能的影响最小.优化后所制备的复合膜对盐类的截留率较低(均低于40%).膜能截留低相对分子质量有机物而透过盐,说明该膜可用于盐类与有机物的分离.     

制备反渗透聚合膜过程中的关键影响因素分析

通常采用间苯二胺和均苯三甲酰氯的界面聚合反应来制备反渗透膜,反渗透膜的膜通量和脱盐率受基膜、制膜配方、制膜工艺等多方因素的影响,本文对反渗透制备中影响膜性能的一些关键性影响因素进行了详细分析。     

浸渍-界面聚合法制备荷电镶嵌膜

以聚醚砜为基膜,以荷正电的高分子材料聚环氧氯丙烷胺及荷负电的2,5-二胺基苯磺酸混合水溶液(无机相)与三酰氯的正己烷溶液(有机相)通过浸渍-界面聚合反应,合成了一种新型的荷电镶嵌膜.实验考察了荷电剂浓度、单体的浓度、界面聚合反应时间和热处理温度等因素对膜性能的影响.研究结果表明,优化工艺下所制备的荷电镶嵌膜具有良好的性能.在0.4 MPa下,膜对无机盐的截留率均低于40%,对PEG1000的截留率则达到了94.02%,该膜的纯水通量为11.1 L·m-2·h-1;能截留低分子量有机物而透过盐,表明该膜可以用于有机物与盐混合溶液的分离.     

聚酰胺薄层复合膜的界面聚合制备过程调控研究进展

界面聚合法制备的聚酰胺薄层复合膜凭借着渗透通量以及分离选择性高、化学稳定性佳等优点在水处理等领域有着广泛应用。聚酰胺分离层的物理结构和化学性质决定着复合膜的分离性能，通过调控界面聚合过程来优化聚酰胺层的理化性质可提高复合膜的分离性能。本文聚焦聚酰胺分离层性质与复合膜性能之间的关系，从基膜改性、调控单体反应过程、聚酰胺层后处理三个方面综述了近年来调控界面聚合制膜过程的研究进展。通过分析单体传质对界面聚合反应的影响以及膜结构与性能间的构-效关系，总结了界面聚合制备聚酰胺复合膜的调控机理和方法，为进一步提升聚酰胺复合膜的分离性能提供理论依据和发展方向。     

荷电超滤膜离子交换容量的研究

本文用化学滴定法测定了ＰＳＡ型和ＰＶＤＦ型复合荷电超滤膜的离子交换容量，较系统地研究了基膜与离子交换容量的关系，荷电剂浓度，反应温度和荷电时间等制膜条件下离子交换容量的关系，荷电膜热处理和贮存方式等对离子交换容量的影响，离交换容量与膜性能的关系。研究表明，离子交换容量表征荷电超滤膜的一个重要参数。     

KMnO4溶液pH调控对PVDF膜物化性能和污染行为影响

膜材料形貌结构和物化性能对膜过滤系统的安全和稳定至关重要。以聚偏氟乙烯(PVDF)改性中空纤维膜为研究对象，考察了预氧化剂高锰酸钾(KMnO₄)在pH分别为5、7、9条件下对膜材料表面形貌、亲疏水性、机械强度、纯水通量及膜污染行为的影响。结果表明，在不同pH条件下，KMnO₄对PVDF膜表面的改性层及分离层造成了破坏，导致了膜表面不同的形貌结构、化学成分、亲疏水性及抗污染性的演变。酸性条件下，由于高锰酸钾的氧化性，PVDF膜材料的CC遭到破坏，同时引入羟基(OH)，继续氧化生成了醛类和酮类化合物；而在碱性条件下，膜表面发生了脱氟化氢反应，生成了羰基(CO)。膜污染实验表明，膜分离界面的物化性质变化严重影响了膜污染行为。此研究为预氧化膜过滤工艺中pH的变化对PVDF膜材料形貌结构和性能的影响提供了数据参考。     

界面聚合在渗透汽化膜分离领域的应用进展

蒸馏、萃取等传统分离方法能耗高,污染环境,而渗透汽化由于低能耗、高效、环保等优势,为共沸物、近沸点混合物的分离提供了新的思路,但渗透汽化膜制备过程中面临的最大问题是获得性能优异且稳定的膜材料。在众多制备方法中,界面聚合法具有反应活性高、常温下生成膜层稳定、制备活性层致密等特点而备受关注。通过对界面聚合过程的调控,可以优化活性层,从而制备出兼具高通量和高选择性的渗透汽化膜。本文综述了界面聚合的原理、在渗透汽化膜制备方面的优势和近年来国内外的研究进展,详细阐述了复合膜制备过程中底膜的选择与改性、界面聚合条件的调控对渗透汽化膜结构和分离性能的影响机制,并对界面聚合制备渗透汽化膜所面临的问题及前景进行了总结与展望。     

聚酯酰胺反渗透复合膜的制备及其表征

以间苯二胺、氨基葡萄糖与均苯三甲酰氟为反应物，在聚砜基膜上用界面聚合法制备聚酯酰胺反渗透复合膜。用红外光谱仪（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）对所制备膜的结构和形态进行表征。红外光谱的结果表明有聚酰胺和聚酯结构的生成，扫描电镜结果显示复合膜表面呈明显的峰谷状结构，原子力显微镜分析结果表明聚酯酰胺膜表面粗糙度较聚酰胺膜表面粗糙度大。实验考察了界面聚合反应中的水相单体配比对所制备复合膜分离性能的影响；并进一步考察了操作条件及物料性质对制备的聚酯酰胺反渗透复合膜分离性能的影响。研究表明：随水相中氨基葡萄糖配比的增加，复合膜的脱盐率下降，通量上升。聚酯酰胺反渗透复合膜在1．6MPa操作压力下水通量达到27．4L／m^2·h以上，对2000mg／L的NaCl、KCl、MgCl2、Na2SO4、MgSO4等无机盐的脱盐率均在97．5％以上。     

沸石膜反应器苯脱氢反应性能

采用管式沸石膜反应器,研究了乙苯脱氢反应生成苯乙烯的性能。考察了不同渗透分离性能的沸石膜对乙苯脱氢反应的影响和不同沸石膜反应器上乙苯脱氢反应的规律。结果表明,与固定床操作条件下相比,沸石膜反应器乙苯转化率可提高近10％－16％,苯乙烯选择性可提高3％－5％。渗透分离性能是决定沸石膜提高脱氢反应性能的最重要因素,H2渗透量越大、H2／C3H8分离系数越高,对反应越有利。渗透分离性能相近但类型不同的沸石膜对乙苯脱氢反应性能有差异,其中Fe-ZSM-5沸石膜反应性能较好,这是杂原子Fe进入沸石骨架后引起的。反应后膜的渗透分离性能略有变化。     

新型复合纳滤膜研究进展

纳滤膜因操作压力低、通量高、具有分离选择性以及运行成本较低等优势引起越来越多的关注,目前已在苦咸水脱盐、污水治理和海水淡化等领域发挥着重要作用。界面聚合作为常见的制备聚酰胺纳滤膜的方法,其聚合反应进程的调控可以有效地调节纳滤膜的微观结构,进而对其分离性能产生重要影响。本文从复合纳滤膜的结构入手,总结了当前常用的提升纳滤膜性能的改性方法,包括优化分离选择层、构建中间层、调整底膜结构三个方面,讨论了界面聚合过程反应单体、添加剂种类、制备条件等对分离层结构和分离性能的影响,并分析了底膜的孔径、孔隙率、亲疏水性等理化性质对复合膜性能的影响以及不同类型中间层的优缺点。在此基础上,总结了当前业界内亟待解决的问题,并对纳滤膜的未来发展趋势进行了展望。     

界面聚合制备复合膜过程的数学模型

基于高分子物理化学、质量传递和相分离成膜理论,研究在复合膜制备过程中采用界面聚合反应成膜的机理,建立了非稳态条件下反应．扩散联合控制的数学模型;通过有针对性地简化,该模型可适用于反应控制和扩散控制。模型中无量纲参数有明确的物理意义,较好地反映了界面聚合反应成膜过程的机理。无量纲化处理使模型解析解形式更为简单、实用,模型与实验数据吻合良好,且优于现有模型。通过模拟计算,可得出单体(A组分)浓度、膜的厚度、膜厚增长率随时间的变化关系,并可考察聚合反应速率常数、单体(A组分)在复合层中的扩散系数、单体初始浓度等参数对成膜过程的影响．理论结果可用于指导界面聚合反应成膜实践。     

界面聚合技术制备分离膜的研究进展

界面聚合技术具有许多优良性能，如反应条件温和、可控性强、可以实现自封闭和自终止等，被广泛应用于分离膜制备中。本文阐述了界面聚合技术的原理，详细介绍了界面聚合在膜分离中的应用情况，包括纳滤膜、反渗透膜和气体分离膜，并综述了界面聚合技术在微胶囊、导电聚合物、纤维材料等方面的应用现状。最后，对界面聚合技术制备分离膜的研究前景进行了展望。     

用于反渗透复合膜的海绵状结构支撑膜制备研究

通过调节铸膜液中聚砜浓度和非溶剂含量,浸没沉淀法制备海绵状结构的支撑膜,并在支撑膜上界面聚合制备聚酰胺反渗透复合膜。分别对支撑膜及反渗透复合膜的结构和性能进行表征,考察聚砜浓度对支撑膜结构和性能的影响,以及不同结构支撑膜对反渗透复合膜结构和性能的影响。结果显示,随着聚砜浓度的增加,支撑膜表面孔径和孔隙率下降,断面结构变致密,耐压性增强。在不同支撑膜上制备的反渗透复合膜具有不同的通量和脱盐率。综合考虑支撑膜及反渗透复合膜的性能,以聚砜浓度为15%制备的海绵状结构支撑膜更适于作为制备反渗透复合膜的支撑层。     

Fabrication of polyamide thin film nanocomposite reverse osmosis membrane incorporated with a novel graphite-based carbon material for desalination

The properties of polyamide (PA) thin film composite (TFC) membranes are affected by many variables, especially the additives in the process of interfacial polymerization that play an important role in the properties of membranes. In this study, a new type graphite carbon was added into organic phase containing trimesoyl chloride for interfacial polymerization with aqueous phase containing m-phenylenediamine to prepare modified polyamide thin film nanocomposite (TFN) membranes for reverse osmosis (RO) adhibition. Polysulfone ultrafiltration membranes were used as the carrier of the interfacial polymerization. The concentration of graphite carbon was selected from 0.002 to 0.01 wt%. The polyamide nanocomposite membrane prepared with the concentration of 0.004 wt% graphite carbon showed the best RO desalination performance, which the water flux of this TFN membrane is over 2.3 times as much as pristine TFC membrane, and the salt rejection is over 99%. This article provides a well-performing polyamide thin film nanocomposite membrane modified by a new-type carbon nanoparticles consequently.     

Preparation and separation properties of polyamide nanofiltration membrane

Utilizing an interfacial polymerization technique for the preparation of a polymeric composite nanofiltration membrane, both high permeation flux of water and high salt rejection can be achieved. Synthesis conditions, such as concentration of monomer, reaction time, and swelling agent, significantly affected the separation performance of composite membranes. The composite polyamide membrane had a permeation rate of ～2–5 gallon/ft²/day (gfd) and a salt rejection rate of ～94–99% when 2000 ppm aqueous salt solution was fed at 200 psi and 25°C. Also, a higher performance nanofiltration membrane could be prepared by suitably swelling the support matrix in the period of polymerization. The results of various feed concentrations showed that permeate flux decreased with increasing salt concentration in the feed solution. This result may be due to concentration polarization on the surface of polyamide membranes. The separation performance of polyamide membranes showed an almost independent relationship with operation pressure until it was up to 200 psi. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 83: 1112–1118, 2002     

反渗透膜的研究进展与展望

反渗透具有低能耗、高效率等突出优点,是目前应用最为广泛的分离技术之一。反渗透膜的性能是影响反渗透过程效率的决定因素,反渗透膜的研制一直是国内外膜领域的研究热点。特别是近年来,石墨烯、碳纳米管等新型材料展现出优异的水传递行为,成为新型反渗透膜材料的研究热点。本论文回顾了反渗透膜的研制发展历程,介绍了不同单体通过界面聚合反应成膜的研究进展,综述了国内外新型混合基质膜和无机分子筛反渗透膜材料及其成膜研究,最后提出了新型反渗透膜的研究方向。     

Interfacially polymerized thin-film composite membrane on UV-induced surface hydrophilic-modified polypropylene support for nanofiltration

A novel thin-film composite (TFC) nanofiltration membrane was prepared through interfacial polymerization on surface hydrophilic-modified polypropylene (PP) membrane. Firstly, PP membranes were hydrophilized to ensure the formation of separation layer on it by interfacial polymerization. In this work, the UV-induced grafting of acrylic acid (AAc) was applied to modify the surface of PP membranes. Secondly, the TFC membranes were fabricated on PP membranes with different grafting degrees of AAc via interfacial polymerization. Effects of the UV-induced graft polymerization conditions, such as benzophenone concentration, monomer concentration and UV irradiation time, were systematically investigated. The surface-modified PP membranes and the TFC membranes were characterized with water contact angle measurement, attenuated total reflectance infrared and scanning electron microscopy. Furthermore, the permeation experiments were employed to evaluate the membranes’ nanofiltration performance.     

二氧化钛/聚酰胺正渗透复合膜的制备与表征

以钛酸四丁酯为原料,在水/丁醇界面区进行水解,制备了锐钛矿型二氧化钛。将TiO2分别分散在水相(MPD溶液)和油相(TMC溶液)中,以界面聚合方法制备了TiO2/聚酰胺正渗透复合膜,初步研究了TiO2分散在油相和水相中制备的二氧化钛/聚酰胺复合膜的结构及其在正渗透过程中分离性能。SEM图谱结果表明,TiO2添加到水相中时,其主要存在于聚砜基膜的指状孔道中;当TiO2添加到油相中时,其主要分布在复合膜表面。膜分离性能的研究结果表明,TiO2添加在水相和油相中都能显著提高膜的水通量和截盐率;TiO2添加在油相中对膜的分离性能改进更大,膜的水通量为未添加TiO2聚酰胺复合膜的两倍,截盐率可达99.9%。     

Chiral separation of D,L‐serine racemate using a molecularly imprinted polymer composite membrane

Molecularly imprinted (MIP) composite membranes were prepared using conventional interfacial polymerization technique that has been often used for the preparation of reverse osmosis (RO) membrane. Target molecules (D ‐serine) were used together with the piperazine (PIP) and Trimesoyl chloride (TMC) for the interfacial polymerization of the active layer with chiral spaces in it on the surface of the polysulfone ultrafiltration membranes. After formation of the polyamide composite membranes, the target molecules in the active layers were removed and MIP composite membranes were prepared. The MIP membranes prepared so were then characterized with analytical methods and proved to be effective for the selective permeation of D ‐serine. When serine racemate was used for optical resolution, the diffusion rate of the D ‐serine appeared to be faster than that of the L ‐serine and in permeates, the concentration of the D ‐serine increased with operation time. When the operating time reached 60 h, enantiomeric excess (% ee) of the serine mixture in permeates became about 80%. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 104: 1866–1872, 2007