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.     

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).     

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.     

纳米材料改进传统正渗透膜性能的研究进展

<正>渗透膜是正渗透技术的核心,改进正渗透膜材料性能是正渗透技术发展的必要环节。回顾了正渗透膜的研发历程,总结了传统正渗透膜在结构和性能上的局限性。整理、分析了添加纳米材料对醋酸纤维素正渗透膜、TFC正渗透膜(包括支撑层和分离层)结构和性能的改进效果,重点分析了纳米材料内部和外部"纳米通道"作用对正渗透膜渗透性能的影响,指出纳米材料微观尺寸、结构、取向性以及分散性是影响膜性能的重要因素。最后展望了纳米复合正渗透膜的研发前景和发展方向,为开发新品种正渗透膜提供了参考。     

正渗透浓缩茶料液中茶多酚研究

采用NaCl溶液作为驱动液,考察了不同的驱动液浓度、不同的膜材料对茶料液中茶多酚的浓缩效果,研究了正渗透过程中膜渗透性能(通量)、膜污染状况、膜清洗效果以及浓缩液中茶多酚的保留率.结果表明:正渗透浓缩茶多酚,以NaCl溶液为驱动液,可以获得较为稳定的通量,采用正渗透浓缩荼多酚具有一定的可行性;以PA-4M、CTA-4M、CTA-2.7M浓缩茶料液,在达到10倍的浓缩倍数时,对污染的膜用NaOH(pH=10)进行清洗25 min,其通量恢复率分别为100％、95.9％、96.1％,浓缩液中茶多酚的保留率分别为70％、79.3％、83.8％;采用CTA膜以2.7 mol/L NaCl溶液为驱动液进行浓缩较为合适.     

正渗透膜用于橙汁浓缩及其污染研究

正渗透因其低能耗及低污染等优点,已在越来越多的领域得到应用.利用自制的醋酸纤维素正渗透膜应用于橙汁的浓缩,主要考察了不同汲取液、膜方位对浓缩过程的影响,并且研究了浓缩过程中的膜污染现象.结果表明,采用3 mol/L葡萄糖+2 mol/L NaCl混合溶质所配制的汲取液的通量较高,同时盐的反向渗透通量明显降低,浓缩14 h后总可溶物由11.5°Brix上升到40.5°Brix;同时还发现,FO模式下产生的稀释的内浓差极化对水通量的影响要小于PRO模式下产生的浓缩的内浓差极化.在浓缩过程中存在较轻的膜污染,清洗之后通量基本恢复,每6h清洗一次,浓缩25 h后总可溶物可从11.5°Brix达到48.0°Brix.     

基于支撑层表面孔结构重构法的正渗透膜的制备与性能研究

支撑层孔隙率是影响复合正渗透膜(TFC FO)水通量的重要因素之一.本研究采用了一种表面孔结构重构法对支撑层进行改性,以调控支撑层的孔隙率,进而提高正渗透膜的水通量.探究了重构剂中溶剂种类(N,N-二甲基甲酰胺(DMF),N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),N-甲基吡咯烷酮(NMP))和非溶剂种类(水,乙醇,异丙醇)对FO膜水通量的影响.结果表明,当DMAc为溶剂,水为非溶剂时,制备的FO膜具有较高的水通量.在此基础上,重点研究了重构剂中溶剂与非溶剂的体积比(DMAc/水)以及重构剂与支撑层接触时间对支撑层孔隙率以及FO膜水通量的影响规律.结果表明,随着DMAc/水体积比的增大或接触时间的增加,支撑层孔隙率以及FO膜水通量均表现出先增加后减少的规律;且在DMAc/水体积比为30/70,接触时间为3 s时,支撑层孔隙率达到最大值,制备的FO膜具有最高的水通量.以1 mol/L NaCl为汲取液,去离子水为原料液,膜的活性层朝向原料液(AL-FS)模式下,改性FO膜水通量J_w可达20.06 L/(m~2·h),相比于无改性FO膜增加了50%.     

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。     

醋酸纤维素正渗透膜的制备及其性能研究

以醋酸纤维素(CA)作为成膜材料,以聚酯筛网作为支撑材料,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浓度以及制膜过程中环境湿度、凝胶浴温度及热处理温度对正渗透膜性能(水通量和截盐率)的影响规律。并利用SEM表征了膜表面和断面的形貌。结果表明,在原料液为0.1mol/L NaCl,汲取液为4mol/L葡萄糖,原料液面向分离层,室温的测试条件下,当聚合物浓度为10.4%、在60℃下热处理、凝胶浴温度为15℃、环境湿度为90%时所制备的正渗透膜通量为9.7～10.3L/(m2.h),截盐率在93%以上。     

微滤和反渗透膜组合工艺浓缩罗汉果汁的研究

采用微滤(MF)和反渗透(RO)膜组合工艺浓缩罗汉果汁.研究了反渗透膜浓缩罗汉果汁的最佳操作运行条件:压力1.4～1.6 MPa,温度36±1℃,浓缩比达到4.6时对膜进行化学清洗以恢复膜通量.由于反渗透法对预处理技术要求较高,采用微滤陶瓷复合膜作为预处理系统,能够很好地保持反渗透膜的通量.这种膜组合处理效果较佳,得到的果汁澄清透明.反渗透法预浓缩罗汉汁比蒸发法大大节省了能耗.     

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.     

正渗透技术浓缩氯碱阳极淡盐水

采用正渗透(FO)技术对离子膜法制烧碱中产生的阳极淡盐水进行浓缩,开发阳极淡盐水浓缩新工艺.以脱氯后的淡盐水为原料,饱和盐水为汲取液,研究了膜活性层朝向、膜面流速及原料液温度对FO过程纯水透过通量的影响,并对FO过程的淡盐水浓缩效果和膜污染情况进行了研究,验证了该浓缩工艺的可行性.结果表明,压力延迟渗透(PRO)模式水通量要高于FO模式,在处理高浓度料液时,外浓差极化和内浓差极化均对水通量有较明显的影响;提高进料膜面错流流速,水通量增加,且对PRO模式比对FO模式影响更明显;进料温度升高,膜的水通量提高.两种运行模式下均能将淡盐水浓缩至300 g/L以上,满足盐水循环使用要求.浓缩过程中未见明显盐结晶导致的膜污染发生.用工艺液体饱和盐水作汲取液,避免了稀释后汲取液的回收问题,实现了FO过程中真正的低能耗,为FO过程在工业中的大规模推广应用提供了新思路.     

高浓度NaCl溶液真空膜蒸馏传递阻力分布的研究

对纯水体系以及NaCl溶液浓缩过程中真空膜蒸馏传递阻力的分布进行了研究,考察了操作条件对传递阻力分布的影响,分析了传递阻力在浓缩过程的变化原因.结果表明:在纯水体系下,温度和膜表面流速对膜阻力影响较小,其值在162~164.7(Pa·h·m2)/kg范围内变化;边界层阻力受操作条件影响较大,较低的流量和较高的料液温度导致较高的边界层阻力.在NaCl溶液浓缩过程中,渗透通量随浓缩时间起先呈缓慢下降趋势,传递阻力以边界层阻力和膜阻力为主,当料液浓度超过临界值时,渗透通量发生骤降,污染层阻力骤升,膜表面发生结晶污染.但利用清水冲洗受污染膜后,渗透通量恢复率95%左右.因此,控制浓缩终点的浓度低于临界点浓度将有效避免膜污染的形成.     

均质纤维素膜的制备及其正渗透性能研究

以纤维素(cellulose)为膜材料,离子液体1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐(EMIMAc)为溶剂,水为非溶剂,无纺布作为支撑层,通过相转化法制备了纤维素均质膜。采用红外、X-射线衍射和扫描电子显微镜表征了膜的结构及形貌,考察了该膜的正渗透性能。结果表明:纤维素溶解再生过程中没有发生化学变化,但晶型发生了转变;当原料液为0.6 mol/L的氯化钠水溶液,汲取液为特制的营养液时,所制备的正渗透膜的水通量为3.534 L/(m2·h),截盐率达到99%以上。     

聚苯乙烯磺酸钠改性正渗透膜的制备及性能研究

采用悬浮聚合法,以不同分子量的聚苯乙烯磺酸钠制备亲水改性的聚苯乙烯磺酸钠接枝聚砜(SPS-gPSF),利用相转换法制备了具有聚酯筛网包埋支撑层的正渗透膜,通过扫描电子显微镜、接触角测试仪、红外光谱仪和拉力试验机等手段表征了支撑层的微观形貌、亲水性、化学结构及力学性能。结果表明:低分子量的聚苯乙烯磺酸钠接枝改性的效果更好,大大提高了支撑膜的亲水性,从而提高了正渗透膜的水通量,1%7w分子量的聚苯乙烯磺酸钠改性的正渗透膜水通量达到了17.2LMH,且其盐通量仅为4.3gMH,接触角为55.40°。聚酯筛网包埋提升了支撑层的抗拉伸强度,其断裂伸长率、抗拉强度分别达到了59.32%和38.67N/cm2。     

硅橡胶膜用于乙酸/水渗透汽化分离的研究

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为活性层制备了PDMS均质膜和分别以聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)微滤膜为支撑层的PDMS/PTFE膜、PDMS/PP膜。通过扫描电镜(SEM)、视频接触角仪、热重分析(TGA)及溶胀测试等手段研究了膜的物化性能。通过渗透汽化实验考察了膜对乙酸/水体系的分离性能。结果表明,料液中乙酸质量分数提高,渗透通量和分离因子均随之提高;操作温度提高,渗透通量增加而分离因子减小;进料流速在14～38L/h范围变化,对分离因子影响较大,对渗透通量影响较小;支撑层对膜的分离性能有重要影响:30℃下,对于进料流速26L/h的10%(质量分数)乙酸水溶液,PDMS均质膜、PDMS/PTFE膜和PDMS/PP膜的分离因子、通量分别为2.51、2.74、2.15和35.29、42.09、40.84g/(m2·h)。以上结论,对于选择合适的渗透汽化膜支撑层材料和操作条件具有一定的指导意义。     

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。     

不同预植晶种法制备NaA分子筛膜及其表征

采用多种预植晶种法在管状ɑ-Al2O3外表面水热晶化制备NaA分子筛膜.使用XRD、SEM对合成的膜层进行形貌表征,并用渗透气化技术考察膜的醇水分离性能.结果表明,采取搽涂-浸渍法在支撑体表面预植晶种,并进行2次4h水热晶化成膜制备的膜性能最好,在343K进料液中乙醇质量分数为90%时分离因子与渗透通量分别为6824和1.40kg/(m2·h).并考察操作温度以及料液水含量对膜渗透汽化分离性能的影响.随料液中水含量的增加,分离因子先升高后下降,渗透通量呈增大趋势;随着操作温度升高,分离因子逐渐降低而渗透通量随之增加.     

In(Ⅲ)-MOF改性聚酰胺复合正渗透膜的制备及其耐污染性能研究

首先将一定量的金属盐In(NO_3)_3·6H_2O与三齿羧酸配体H_3CTTA溶解于N,N-二甲基甲酰胺中,利用溶剂热法制备得到In(Ⅲ)-MOF晶体,即BUT-172;然后通过界面聚合法将制备的MOF颗粒添加到聚酰胺活性分离层中,得到BUT-172改性的聚酰胺复合正渗透膜.并进一步研究了不同比例的BUT-172颗粒添加到油相溶液中对聚酰胺复合正渗透膜结构和性能的影响.结果表明,BUT-172颗粒的引入为水分子的扩散提供了额外的通道,使得改性聚酰胺复合正渗透膜的水通量获得极大的提升,且当添加量为质量分数0.04%时,改性膜在拥有较高水通量的同时具有低的盐水比.以腐殖酸进行的耐污染性研究表明,改性膜具有更好的耐污染性且污染后的膜通过简单清洗即可恢复性能.     

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.