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。     

界面聚合制备埃洛石纳米管/聚酰胺纳滤膜

利用二乙烯三胺与均苯三甲酰氯在聚丙烯腈超滤膜表面的界面聚合反应,将埃洛石纳米管引入聚酰胺分离层中制备埃洛石纳米管/聚酰胺纳滤膜。傅里叶红外光谱及扫描电镜分析证实聚丙烯腈膜表面已形成聚酰胺分离层。水接触角测试结果表明,所有膜均为亲水性膜。埃洛石纳米管的加入量合适时,不仅可增大膜的脱盐率,同时可增大膜通量,呈现反trade off效应。增大反应单体浓度或延长反应时间,脱盐率均先增大后减小,通量则呈相反趋势。当二乙烯三胺和均苯三甲酰氯质量分数分别为0.6%和0.5%、埃洛石质量为0.01 g、反应时间为10 min时,制备的NF2膜在0.6 MPa下对NaCl、MgCl_2、Na_2SO_4、MgSO_4的脱除率分别为62.8%、84.4%、90.9%和90.7%,通量约为14.5 L/(m~2·h)。用于1 000 mg/L CoCl_2脱除时,对Co~(2+)的脱除率达89.4%。     

界面聚合制备壳聚糖和均苯三甲酰氯复合纳滤膜

以低分子量有机物脱盐为目标,实验以壳聚糖(CS)和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体,通过界面聚合反应在聚砜(PSF)/聚醚砜(PES)共混超滤膜上形成复合层制备纳滤膜.SEM扫描结果表明,该界面聚合反应可以在基膜的表面形成致密选择层;而红外检测结果表明该反应主要是CS分子上的-NH2与TMC分子上的酰氯基发生了酰化反应.实验结果表明:CS在醋酸水溶液中质量分数增大,TMC在正己烷中质量分数增大,界面聚合时间增长和热处理温度增高,都会导致膜的通量降低,同时膜对有机物和电解质的截留率增大.实验优化的界面聚合工艺条件为:CS 0.5%(wt);TMC 0.2%(wt); CS溶液浸没基膜10 min后与TMC溶液进行界面聚合反应2 min,在70℃下热处理10 min后浸泡在0.2%SDS溶液中2 h后晾干.在优化条件下,膜对PEG2000的截留率可达到92%,对NaCl、MgCl2、MgSO4和Na2SO4的截留率分别为7.8%、19.4%、23%和32.8%,该膜对于低分子量有机物与电解质的分离可能会有较好的结果.     

基于界面聚合技术的复合纳滤膜改性研究进展

为了追求可持续发展,缓解缺水压力,水处理工艺的改进与研发就显得尤为重要。与传统水处理工艺相比,纳滤膜技术具有运行效率高、节约能源、设备紧凑、易于操作、不会产生二次污染以及自动化程度高等优点。该技术凭借这些优点及其独有的分离性能,在膜分离领域脱颖而出。在复合纳滤膜的构造上,界面聚合（IP）技术凭借操作简便、效率高、成膜稳定的特点成为了制备复合纳滤膜最常用的工艺。但是界面聚合的反应速度极快,怎样调控其反应过程进而提高纳滤膜的选择渗透性仍是一个巨大的挑战。此文主要在界面聚合技术的基础上,从基膜改性、两相单体改性、添加剂改性等三个方面综述了复合纳滤膜的改性研究进展,并对未来界面聚合技术的优化进行了展望。     

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100 mg·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Na₂SO₄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)。     

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))。     

胺基化氧化石墨烯复合纳滤膜对染料的截留性能研究

采用N,N-二甲基乙二胺对Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)进行荷正电改性,得到胺基化氧化石墨烯(AGO);然后以聚砜超滤膜为基膜,采用压力驱动自组装法分别制备GO和AGO复合纳滤膜,选择阳离子染料亚甲基蓝和阴离子染料甲基橙作为模型染料,考察改性前后GO纳滤膜的纯水渗透通量及其对不同荷电性染料的脱除效果。结果表明,改性后AGO纳滤膜的纯水渗透通量明显高于GO纳滤膜,且相同压力、相同浓度下AGO纳滤膜对亚甲基蓝的脱除率明显高于GO纳滤膜,而对甲基橙的脱除效果与之截然相反,证明N,N-二甲基乙二胺对增强GO表面荷正电性改性成功。     

耐污染性复合纳滤膜制备技术研究进展

商业化纳滤膜绝大多数采用由二元胺与多元酰氯在非织造布基超滤膜表面界面聚合得到的复合纳滤膜。复合纳滤膜以其基膜和功能层材料可以分别设计,能够在较低压力下同时获得高脱盐率和水通量的优点,而被广泛应用在膜法水处理领域中。然而由于因环境中无机盐结垢、胶体、有机物和生物膜引起的膜污染,造成产水水质及膜通量的下降,膜寿命大大降低且运行成本增加,迫切需要提高复合纳滤膜的耐污染性。本文从新型单体开发、功能层及新型基膜这三大方面探讨目前复合纳滤膜耐污染性的研究进展,并对其制备方法中亟需深入研究的内容和其应用前景进行了展望。     

界面聚合聚酰胺纳滤膜渗透选择性能优化的研究进展

纳滤因其分离效率高、操作压力低、环境友好等优点,在废水处理、海水淡化和工业分离纯化等众多领域有着重要的应用。界面聚合法制备的聚酰胺（PA）纳滤膜是最为常用的纳滤膜种类之一。然而界面聚合反应速度快,如何通过调控界面聚合过程,优化纳滤膜选择分离层的结构从而提高渗透选择性,以满足不同领域对纳滤膜需求仍是亟需解决的问题。本文从影响界面聚合单体扩散因素的角度出发,综述了近年来PA纳滤膜渗透选择性能优化的研究进展,包括新型PA纳滤膜、纳米材料/PA混合基质膜及超薄PA纳滤膜3个方面,探讨了选择分离层结构调控与纳滤膜渗透选择性能优化的关系,最后指出目前界面聚合制备高渗透选择性PA纳滤膜在规模化、稳定性及可控性存在的问题,并对未来界面聚合纳滤膜在微观结构和聚合过程调控方面的研究进行了展望。     

3,5-二氧基苯甲酰哌嗪和均苯三甲酰氯界面聚合法制备复合纳滤膜

A new aromatic diamine,3,5-diaminobenzoylpiperazine (3,5-DABP),was synthesized from 3,5-diaminobenzoic acid and 1-formyl piperazine.The structure of 3,5-DABP was identified by FT-IR spectra and 1H NMR spectra.With 3,5-DABP as aqueous monomer and trimesoyl chloride (TMC) as organic monomer,thin film composite (TFC) nanofiltration membranes were prepared by interfacial polymerization technology.The salt rejection order of these TFC membranes is Na2SO4>MgSO4>MgCl2>NaCl.This sequence indicates that the membranes are negatively charged.     

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。     

复合纳滤膜及其应用

本文综述了国际上已商品化的各种复合纳滤膜及其分离特性，并讨论了纳滤膜的应用。     

原位法合成二氧化钛制备纳米复合纳滤膜

采用钛酸四丁酯(TBOT)作为钛源,并与均苯三甲酰氯(TMC)溶解于油相中,与哌嗪(PIP)水相单体发生界面聚合反应的同时原位生成二氧化钛,制得新型聚哌嗪酰胺-TiO_2复合纳滤膜,对其性能和表面结构进行测试和表征,并且与直接在水相和油相中添加TiO_2纳米颗粒的2种复合膜进行对比。结果表明,原位生成二氧化钛制备的新型TFN膜具有更出色的分离性能。当TBOT添加量为250 mg/L时,纯水通量达到78.0 L/(m~2·h),对Na_2SO_4、MgCl_2、MgSO_4和NaCl的截留率分别为99%、87%、97%和58%。这得益于在界面聚合的同时原位生成的纳米颗粒在膜中出色的分散性,有效的抑制了团聚的发生,提高了纳米复合膜的分离性能。     

氧化石墨烯改性PVDF超滤膜制备及分离性能

用N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠(EDTS)对氧化石墨烯进行修饰,制备出亲水的EDTS-GO纳米复合物。然后通过共混的方式将EDTS-GO添加到PVDF中,制备出EDTS-GO改性PVDF超滤膜。接触角分析和红外光谱结果表明,在相转化过程中EDTS-GO转移至膜表面,PVDF膜表面的亲水性增强。系统考察了不同EDTS-GO添加量对膜性能的影响。膜性能测试表明,随着EDTS-GO添加量的增加,PVDF膜的纯水通量先增大然后降低,当添加量为0.5%时,纯水通量达到最大值,711.2 L·(m2·h)-1。此外,抗污染实验表明,EDTS-GO改性的PVDF超滤膜比未改性的PVDF超滤膜具有更强的抗污染性能。     

氧化石墨烯改性PVDF超滤膜制备及分离性能

用N-（三甲氧基硅丙基）乙二胺三乙酸钠（EDTS）对氧化石墨烯进行修饰,制备出亲水的EDTS-GO纳米复合物。然后通过共混的方式将EDTS-GO添加到PVDF中,制备出EDTS-GO改性PVDF超滤膜。接触角分析和红外光谱结果表明,在相转化过程中EDTS-GO转移至膜表面,PVDF膜表面的亲水性增强。系统考察了不同EDTS-GO添加量对膜性能的影响。膜性能测试表明,随着EDTS-GO添加量的增加,PVDF膜的纯水通量先增大然后降低,当添加量为0.5%时,纯水通量达到最大值,711.2 L·（m²·h）^-1。此外,抗污染实验表明,EDTS-GO改性的PVDF超滤膜比未改性的PVDF超滤膜具有更强的抗污染性能。     

国内外纳滤膜制备新技术

简述了纳滤膜及其制备工艺的特点.根据目前国内外纳滤膜制备新技术情况从转化法、复合法和共混法三个方面详细报道了该领域的技术进展.展望了这些技术的应用前景,并指出了该技术领域未来发展应注意的问题.     

原位聚合法制备酚醛树脂/氧化石墨烯复合材料

以自制的氧化石墨烯(GO)为改性填料,采用原位聚合法制备了酚醛树脂(PF)/GO复合材料,通过X射线衍射仪、红外光谱、扫描电镜、热重分析及力学性能测试研究了产物结构,GO在PF中的分散以及GO含量对PF/GO复合材料性能的影响。结果表明,GO在PF基体中的分散度可达到微米级,且未与PF发生化学反应。适量引入GO,可有效提高PF的力学性能和热稳定性,当GO的质量分数为1.0%时,PF/GO的冲击强度和弯曲模量达到最大值7.15 kJ/m~2和19.57 GPa,分别比纯PF提高了14.04%和17.96%,当GO质量分数为1.5%时,PF/GO热稳定性最好,T_(5%)、T_(max)和800℃残炭率分别比纯PF提高58.3℃,8.2℃和2%。     

聚哌嗪酰胺复合纳滤膜制备及其性能表征

以聚砜超滤膜为基膜,采用界面聚合方法制备了聚哌嗪酰胺复合纳滤膜,并对其膜性能进行了表征。实验重点考察了基膜性质、聚合单体浓度、聚合反应时间、表面活性剂浓度、酸受体添加量等因素对纳滤膜性能的影响,确定了纳滤膜制备过程的界面聚合优化条件,即:水相单体(哌嗪)浓度0.08~0.12molL-1;有机相单体(间苯二甲酰氯和均苯三甲酰氯混合物)浓度0.08~0.1molL-1;聚合反应时间3~5min。在0.4MPa、25℃条件下,实验测得复合纳滤膜的水通量为4.12Lm-2h-1bar-1,膜对浓度为0.01molL-1的NaCl的截留率为30%~40%,对浓度为0.005molL-1的Na2SO4的截留率为80%~90%;对分子量不低于300gmol-1的有机物的截留率高于95%。该膜的分离性能接近于商业纳滤膜,其分离机理主要表现为“筛分机理以及膜与电解质之间的荷电作用。     

界面聚合制备复合荷电镶嵌膜

以聚醚砜中空纤维膜为支撑膜,通过界面聚合方法制备了能有效传递电解质而截留低分子量有机物的复合荷电镶嵌膜。水相单体溶液含有2,5-二胺基苯磺酸、聚乙烯亚胺;有机相单体溶液含有均苯三甲酰氯和4-氯甲基苯酰氯;通过三甲胺溶液化学修饰将界面聚合复合层中的氯甲基基团转换为阳离子季胺盐基团。讨论了界面聚合条件和操作条件对荷电镶嵌膜分离性能的影响,分别采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)及压汞仪等现代分析手段,对荷电镶嵌膜断面结构、表面形貌及孔径尺寸进行了系列表征。研究结果表明：界面聚合时间越长,生成的复合选择层越厚,所得膜的水通量越小,膜对无机盐的截留率也就越高;而界面聚合单体浓度增加,膜的水通量及膜对无机盐的截留率都会减小;另外,操作压力增大,膜的水通量及膜对无机盐的截留率均会增加。在操作压力为0．2MPa条件下,复合荷电镶嵌膜对无机盐的截留率均小于20％,而对二价酚橙和甲基绿的截留率均大于95％。