石墨炭纳米颗粒改性聚砜支撑层制备正渗透复合膜

正渗透膜分离技术是以膜两侧的渗透压差作为驱动力,因此能耗低,符合绿色节约型社会的发展需求.然而,主流的聚酰胺复合膜在正渗透过程中存在内浓差极化现象,使其水通量远小于理论值.因此,改性正渗透复合膜减小其内浓差极化以提高水通量,对促进正渗透技术大规模应用具有重要的意义.本研究采用相转化法制备了掺杂石墨炭纳米颗粒的聚砜支撑层,通过间苯二胺和均苯三甲酰氯在支撑层表面进行界面聚合制备了聚酰胺薄层复合膜(Thin-film composite,TFC).采用扫描电子显微镜和接触角分析仪对聚砜支撑层和TFC复合膜进行表征,观察膜表面形貌和亲水性,考察不同石墨炭纳米颗粒添加量对正渗透膜性能的影响.结果表明:在基膜中掺杂石墨炭纳米颗粒会使基膜表面孔隙率增大,表面亲水性增强,结构参数减小,这表明内浓差极化得到有效的改善.当石墨炭纳米颗粒添加量为0.01％(质量分数)时,水通量在活性层朝向汲取液(AL-DS)时达到22.4 L/(m2·h),相比未改性的正渗透膜增加了96.7％,这表明新型石墨炭材料可以有效地提高聚酰胺复合膜的正渗透分离性能.     

改性PAN纳米纤维膜支撑的TFC FO膜制备及其性能

利用层层自组装的方法在聚丙烯腈(PAN)静电纺丝纳米纤维膜(ENMs)表面沉积聚电解质中间层,讨论了中间层的结构变化对于界面聚合制备的聚酰胺(PA)复合膜结构及其性能的影响.结果表明,改性后ENMs的亲水性和机械性能显著提高,而孔径和表面粗糙度减小;在低沉积浓度下,由其制备的复合正渗透(FO)膜的水通量明显增大,且随着聚电解质沉积浓度的增加,复合FO膜对于NaCl截留率从原来的86.30%提升到了95.46%,具有较高的选择性.因此,聚电解质表面沉积是改性ENMs的一种实用而有效的方法,能够显著改善由其制备的薄膜复合(TFC) FO膜性能.     

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.     

碳纳米管中间层高性能正渗透复合膜的制备与研究

为了制备兼具高通量和高盐截留的聚酰胺正渗透复合膜,采用喷涂的方法在传统聚砜基底制备构建超薄碳纳米管(CNTs)中间层,并在碳纳米管中间层表面界面聚合制备聚酰胺层.本文从聚酰胺复合膜的支撑层和活性层之间的界面调控入手,系统研究了CNTs中间层对聚酰胺(PA)活性层生成过程和形貌结构的影响,并测试分析了CNTs中间层对聚酰胺复合膜正渗透性能的影响.实验结果表明,喷涂CNTs中间层的复合正渗透膜显著提升了水通量,在1mol/L的NaCl溶液作为汲取液的情况,复合膜在PRO模式下的平均水通量达33.27L/(m2·h),较未含有CNTs中间层的复合膜通量提升了55.18%,而且"净盐通量"下降了26.63%,仅为0.047g/L.通过构建碳纳米管(CNTs)中间层,大幅提升了聚酰胺复合正渗透膜的水通透性,同时并不牺牲复合膜的盐截留性能,克服了传统正渗透复合膜的水渗透-盐截留trade-off效应.     

PVA/PAN渗透汽化膜分离乙酸乙酯—乙醇—水体系的研究

采用相转化法制备了平板PAN超滤膜,并采用涂覆法制备了酒石酸交联的PVA/PAN复合膜.利用红外谱图和扫描电镜对复合膜表面化学组成及膜结构进行了分析和表征.同时,以乙酸乙酯-乙醇-水体系为研究对象,分别研究了交联荆的含量以及料液温度等对复合膜性能的影响.结果表明在同一温度下,交联剂含量增加,膜的溶胀度减小,渗透通量减小.选择性增高.随温度的升高,渗透通量增大,而选择性降低.在30～50℃的料液温度下,复合膜的总通量为30～150 g/(m2·h),分离因子可达480～29 000.     

基膜结构对聚酰胺TFC膜正渗透性能的影响

对于正渗透过程来说,膜的结构参数是衡量内浓差极化的重要指标.本文首先研究了基底对相转化法制备的基膜结构和性能的影响,并进一步研究了基膜结构对聚酰胺TFC膜正渗透性能的影响.结果表明,基底的亲水性和多孔结构分别是影响基膜结构的两个重要因素,其中多孔基底在提高基膜底面开孔率和增大膜断面指状孔结构和贯通性方面影响更大;分别以1mol/L的NaCl溶液和去离子水作为汲取液和原料液时,在多孔基底所制备的基膜上形成的复合膜的正渗透水通量可达到38.6L/(m~2·h),反向盐通量为8.0g/(m~2·h),相比于传统以玻璃板为基底所形成的复合膜,膜的结构参数从386.0μm下降到172.5μm.     

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.     

界面聚合中单体结构对复合支撑液膜稳定性的影响

以界面聚合法在支撑液膜的支撑体基膜表面形成一层亲水层,研究了界面聚合改性过程及水相单体结构对复合支撑液膜渗透性和稳定性的影响,以膜表面zeta电位、接触角、透油速率和液膜萃取过程传质通量衰减率对复合膜性能加以表征。结果显示,界面聚合时先浸水相再浸油相,膜表面的荷负电性强,有利于金属阳离子(以Ni(Ⅱ)为代表)的传输。支撑液膜萃取镍(Ⅱ)结果显示,原膜传质通量在30h内由358.2mg/(m2·h)降为0,而赖氨酸分子因具有强亲水基团羧基且脂肪链的引入会增加聚合物大分子的柔曲度,以其制备的复合液膜支撑体表面具有较好的亲水性,对液膜相的锁闭能力较强,Ni(Ⅱ)的传质通量在30h内仅衰减28.3%,有利于增强支撑液膜在长期运行中的稳定性。     

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.     

高性能醋酸纤维素正渗透膜的制备

以醋酸纤维素(CA)为正渗透膜成膜材料,以亲水性聚醚砜膜作为支撑材料,利用相转化法制备正渗透膜,考察了正渗透膜制备过程中的影响因素,包括铸膜液中聚合物的浓度、热处理温度、热处理时间及涂膜次数对正渗透膜性能(膜通量和截盐率)的影响。结果表明,当聚合物质量分数为3.57%,热处理温度为60℃,热处理时间为20min,涂膜次数为1次时,所制备的正渗透膜的膜通量为14.8L/(m2·h),截盐率在99.97%以上。     

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%.     

底膜表面粗糙度对Pebax/PAN复合膜性能的影响

采用粗糙度仪对聚丙烯腈(PAN)底膜表面粗糙度进行表征,研究了PAN底膜表面粗糙度对聚酰胺-聚醚嵌段共聚物(Pebax)复合膜性能的影响.发现在考察的范围内,涂层液浓度与底膜表面粗糙度共同作用,影响复合膜的分离性能.Pebax复合膜的CO_2/N_2选择性随底膜表面粗糙度的增加而下降,且选择性数据的波动也随之增大.     

Zr-MOF改性聚酰胺正渗透复合膜的制备与表征

将Zr-MOF添加到均苯三甲酰氯的正己烷溶液(有机相)中,采用界面聚合法制备出Zr-MOF改性聚酰胺复合膜。研究了添加物Zr-MOF的浓度和膜的朝向对复合膜正渗透性能的影响。用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪对所得正渗透复合膜进行分析表征,用1mol/L的氯化钠水溶液为汲取液、去离子水为原料液进行分离性能测试。研究发现,Zr-MOF在有机相中的添加量为0.06%时,正渗透复合膜朝向原料液(AL-FS)的水通量从2.60L/(m2·h)增加到6.98L/(m2·h);朝向汲取液(AL-DS)的水通量从5.58L/(m2·h)增加到13.60L/(m2·h)。     

聚乙烯亚胺对反渗透复合膜抗菌性能的优化改性

以聚砜超滤膜为支撑层,利用间苯二胺和三甲酰氯发生界面聚合反应,制备出聚酰胺反渗透复合膜。用聚乙烯亚胺（PEI）通过连续界面聚合法对反渗透膜进行抗菌性能优化改性。通过探究PEI反应参数对膜性能的影响,确定了优化改性的最佳参数,对改性膜的分子结构、表面性能以及膜性能进行了研究。结果表明,当PEI反应的质量分数为2%,反应时间为60 s,热处理为100℃和5 min时,改性膜的性能最好。膜表面的亲水性和荷电性的双重提升有助于膜性能的提高。与原膜相比,所制备膜的截留率由96.6%提升至98.9%,水通量由35.7 L/(m2·h)增加到49.9 L/(m2·h);选用革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性葡萄球菌对膜抗菌性能进行了评价,所制备的膜对2种细菌的抑菌率分别可达95.8%和96.3%,通过PEI改性实现了膜分离性能和抗菌性能的同步提升。     

汽油脱硫用复合膜的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)为活性分离层、聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜为支撑层制备复合膜。PEG涂膜液的固含量提高到16%时,可以减少孔渗现象,提高渗透通量。考察进料温度、流量和膜下游侧压力对复合膜性能的影响。硫富集因子随温度和流量升高先增加后减小,最大值出现在100℃和100mL/min。渗透通量随温度升高而增大;当进料流量大于100mL/min时,渗透通量随流量增加而减小。两个参数均随膜下游侧压力增加而减小。对典型的催化裂化汽油,膜的渗透通量可达2.7kg/(m2.h),硫富集因子为3.6。     

HTBN/PAN复合膜分离正庚烷/乙硫醚/正丁硫醇混合物的渗透汽化研究

制备了一系列HTBN/PAN复合膜,用于渗透汽化脱除正庚烷/乙硫醚/正丁硫醇混合物体系中的乙硫醚和正丁硫醇,此复合膜优先脱除乙硫醚和正丁硫醇.通过扫描电子显微镜(SEM)对复合膜的表面和断面进行表征.考察了复合膜在正庚烷和正庚烷/乙硫醚/正丁硫醇混合物体系中的溶胀性以及复合膜在长时间操作下的稳定性,研究了膜液浓度对膜结构和膜分离性能的影响以及操作温度对膜分离性能的影响.结果表明:交联的HTBN在PAN多孔膜表面形成均匀致密的分离层;膜在正庚烷及正庚烷/乙硫醚/正丁硫醇混合物体系中的溶胀度均小于5%;操作温度对于膜的富硫因子影响不大,而渗透通量则随着温度的升高而增大;对于正庚烷/乙硫醚/正丁硫醇混合物分离体系(含硫量为160μg/g),在80℃,50 h长时间操作下,HTBN/PAN复合膜的渗透通量为0.23 kg/(m2.h),富硫因子为2.85.     

界面聚合反渗透复合膜材料及其表面修饰

针对我国反渗透复合膜材料研究领域存在的膜材料品种单一、膜性能相对较差、膜产品缺乏核心竞争力等现状,重点开展了界面聚合反渗透复合膜材料及其表面修饰方面的研究工作.从功能单体与制备工艺入手,研究开发高性能反渗透复合膜材料;采用表面改性技术,对界面聚合反渗透复合膜材料进行表面功能化修饰,研究开发界面聚合反渗透复合膜材料的表面改性实用技术;以期为我国反渗透复合膜材料及其产业的发展提供核心材料和先进制备技术.     

表面接枝改性聚酰胺复合反渗透膜及其性能研究

以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为单体、过硫酸钾-焦亚硫酸钠溶液为引发剂体系,通过在聚酰胺复合膜表面进行接枝聚合改性处理,得到亲水性聚酰胺复合反渗透膜.采用衰减全反射红外光谱、场发射扫描电子显微镜、接触角测量仪等仪器分别对膜表面的化学结构、表面形貌和亲水性能进行表征.结果表明,亲水性单体接枝改性提高了膜的亲水性和抗污染性能,且会影响膜的分离性能;当接枝单体HEMA溶液质量分数为4%时,制备的膜综合性能最好,脱盐率最高为99.67%,水通量为40.7 L/(m~2·h),亲水性和抗污染性能较好.     

高交联温度下聚二甲基硅氧烷/聚醚砜渗透汽化复合膜的制备及性能研究

以聚醚砜(PES)平板多孔膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜为分离层,在高温交联条件下制备了PDMS/PES渗透汽化复合膜。用扫描电镜对复合膜形貌进行了表征,复合膜表面平整、致密,分离层与支撑层外表面结合紧密。研究了PDMS质量分数对膜产生最高衍射峰时对应的2θ值、水与乙醇的接触角以及以10%(质量分数)乙醇水溶液为料液,30℃下复合膜渗透汽化分离性能的影响。结果表明:随着PDMS含量的增加,产生最高衍射峰时对应的2θ值先增大后减小。当PDMS含量为15%(wt,质量分数,下同)时,PDMS/PES复合膜有良好的疏水性和亲醇性,PDMS/PES复合膜的分离因子最大,最大值为4.60,对应的渗透通量为10325.54g/(m~2·h),分离指数出现最大值为47483.02。因此,15%PDMS条件下制备的PDMS/PES复合膜综合性能最好。     

糖基掺杂聚酰胺纳滤膜制备及其性能研究

以哌嗪和糖基物质(葡萄糖、蔗糖和棉子糖)的混合溶液为水相,均苯三甲酰氯的正己烷溶液为油相,采用界面聚合法制备了糖基掺杂的聚酰胺复合纳滤膜.其中,选择了蔗糖掺杂的纳滤膜,讨论了蔗糖和哌嗪的不同比例对纳滤膜的渗透性和分离性能的影响,并对其膜的微观结构、表面润湿性、表面电荷特征进行了详细的测试与表征.蔗糖的掺杂改变了膜的表观结构,降低了膜的粗糙度和聚酰胺皮层厚度,提高了膜的表面亲水性;随着蔗糖比例的增加,纳滤膜的渗透性能也随之增加;当蔗糖质量分数达到0.8%时,膜对Na_2SO_4的截留率仍保持在99.1%,而纯水通量则达到97.0 L/(m~2·h·MPa),较原始TFC膜上涨了86%.