膜材料与生物分子相互作用的分子模拟

以生物分子的膜过滤过程为应用背景,采用分子模拟方法考察不同结构的单体分子对膜表面电位、膜与生物分子相互作用能的影响,以此为基础选择适宜的单体分子进行膜改性以降低因吸附生物分子而导致的膜污染.以氨基酸和二肽为例,采用Hyperchem软件计算考察了丙烯酸、季铵盐及它们的衍生物分子进行膜改性时的效果及其用于生物分子膜过滤时的适宜操作条件.模拟计算结果与实验结果吻合,有关相互作用能的计算结果也与前期实验结果相符.本研究显示出分子模拟技术在分离材料设计和分离过程优化方面所具有的良好应用前景.     

硅溶胶填充改性PDMS—PA复合膜

在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中填充质量分数为20wt％、25wt％和30wt％的疏水纳米二氧化硅溶胶作为表面皮层,以聚酰胺（PA）为支撑层,制备出改性硅橡胶-聚酰胺（PDMS—PA）复合膜。扫描电镜（SEM）观察发现二氧化硅颗粒均匀分布在PDMS基体中,改性皮层与PA支撑层结合紧密。用5％的乙醇水溶液对改性膜在不同温度下进行渗透汽化测试,发现填充比例为20wt％的膜的分离因子较未改性膜可提升25％,而填充比例为25wt％和30wt％时,膜的分离因子却低于未改性膜。这显示在PDMS中填充某种比例的硅溶胶可改善膜的分离性能。     

改性Silicalite-1填充聚酰胺反渗透复合膜的研究

为改善分子筛Silicalite-1与聚酰胺(PA)之间的相容性,减少膜内非选择性的缺陷,采用双酚A型环氧树脂(BE188)对分子筛纳米颗粒表面进行改性,并将其添加到PA层中制备分子筛杂化膜。TEM表征结果证明:分子筛经表面改性后,不但提高了在PA基质中的分散性,而且与PA基质之间的相容性也明显改善,从而减少了界面缺陷。将所制备的膜用于2 g/L氯化钠水溶液反渗透脱盐,发现改性分子筛杂化膜的分离性能优于未改性分子筛杂化膜。且当改性分子筛的添加量为1 mg/mL时,膜的水通量为38.72 L/(m2.h),约为PA膜的1.5倍,同时膜的截留率也有所提高。     

氧化石墨烯改性聚酰胺膜研究进展

聚酰胺膜广泛应用于海水淡化、苦咸水脱盐及废水处理等领域,复杂、多类型的应用场景对膜性能提出了更高要求。氧化石墨烯（GO）以优异的机械、化学稳定性及亲水性等优点引起了学者的广泛关注。利用GO改性聚酰胺膜,可以改善膜的水通量、抗污染及耐氯性等性能。综述了聚酰胺膜在酸性和含氯溶液中的降解过程,介绍了GO结构特征,重点关注了利用GO在聚酰胺膜支撑层中、支撑层与功能层间、功能层中及功能层表面进行改性以提高膜性能的研究进展,对GO改性聚酰胺膜中金属离子及水传质过程进行了简要介绍。最后,提出未来可以从完善GO改性聚酰胺膜抗污机理、提高GO在膜基质中的稳定性、提高GO在溶液中的分散性及增强GO改性聚酰胺膜耐酸性等方面作进一步研究。     

聚酰胺表面改性三聚氰胺氰尿酸盐及其阻燃聚酰胺6研究

以聚酰胺树脂的无机酸溶液为介质进行三聚氰胺-氰尿酸分子自组装合成三聚氰胺氰尿酸盐(MCA),并同时实现聚酰胺树脂对阻燃剂的表面包覆改性,集MCA的合成及表面改性于一体。该阻燃剂与目标阻燃树脂聚酰胺6 的相容性良好,阻燃剂粒子与聚酰胺6(PA6)树脂基体之间相界面基本消失。聚酰胺6中添加7％该阻燃剂即达到 UL94-1．6mm V0级别,成功解决了传统MCA阻燃PA6燃烧熔滴易引燃脱脂棉的问题,其极限氧指数高达34％,阻燃效率远高于传统MCA。材料力学性能良好,具有较好的市场应用前景。     

压力驱动薄层复合膜中微孔基底的研究进展

压力驱动薄层复合膜（TFC）因其高分离效率和低能耗等优点,在水处理领域得到广泛应用。TFC膜的开发及性能提升可针对聚酰胺（PA）分离层和微孔基底两方面进行优化。其中,微孔基底对其上通过界面聚合（IP）形成的PA层的结构和分离性能具有重要影响。本文对NF/RO TFC膜中微孔基底的研究工作进行了评述。首先对两类微孔基底（相转化微孔基底和静电纺丝微孔基底）进行了概述,进而介绍了传统相转化微孔基底对IP过程的影响机理,并对相转化微孔基底的改性方法（聚合物共混、纳米材料掺杂、表面改性等）进行了总结,最后展望了共价有机框架（COFs）中间层表面改性微孔基底在构建高选择性、高渗透通量压力驱动TFC膜中的发展方向及面临的挑战。     

聚酰胺胺树形分子对羧基化聚乙烯的表面修饰

通过紫外光接枝方法,以丙烯酸为单体对低密度聚乙烯薄膜进行表面改性,然后用聚酰胺胺(PAMAM)分子对羧基化的聚乙烯表面进行修饰,制备了表面固定PAMAM树形分子的低密度聚乙烯薄膜。通过接触角测量,衰减全反射红外光谱,扫描电镜等方法的表征,证明丙烯酸成功接枝到聚乙烯薄膜表面,聚酰胺胺树形分子通过与羧基的结合形成团簇结构,反映了接枝链在薄膜表面的聚集状态。     

二次界面聚合同步反扩散原位生长ZIF-8纳米粒子制备聚酰胺混合基质反渗透（RO）膜

在聚砜超滤支撑膜上预负载锌离子,之后由间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）在支撑膜上进行界面聚合反应过程,得到包覆锌离子的聚酰胺层,随后在咪唑配体反扩散至聚酰胺层中原位生长ZIF-8的同时,MPD和膜上残留的酰氯基团进行二次界面聚合,并与ZIF上的Zn(Ⅱ)离子桥联,得到聚酰胺混合基质RO膜（PA2/ZIF-8）。原位生长ZIF-8纳米颗粒所带来的聚酰胺界面非选择性缺陷由二次聚合修补,同时生长的ZIF-8纳米颗粒为水分子透过建立了额外的通道,从而在不牺牲截留率前提下,显著提升了水通量。本文讨论了二次界面聚合反扩散原位生长过程中预负载锌离子、二次界面聚合时间、咪唑配体及胺单体浓度对PA2/ZIF-8混合基质膜反渗透性能的影响。据测试,PA2/ZIF-8的水通量可达到63.9L/(m2·h),可达原始TFC膜的2倍,并保持了98%以上的截盐率,并且在测试过程中拥有良好的耐酸碱性、长期稳定性以及抗污染性。     

成核剂和乙烯马来酸酐共聚物混杂改性玻璃纤维增强聚酰胺复合材料

利用静电吸附方法制备了成核剂(P22)和乙烯马来酸酐共聚物(EMA)混杂改性的玻璃纤维(GF)增强体,并通过挤出成型制备了聚酰胺66(PA66)/改性GF增强体复合材料。采用扫描电子显微镜观察复合材料断面和刻蚀后断面。结果表明,P22吸附在GF表面可以诱导PA66在GF表面结晶,而EMA分子中的酸酐基团则可以与PA66分子链末端的氨基发生反应,使PA66附着在GF表面,改善了GF与基体的界面结合;良好的界面结合使PA66/GF-P22 、PA66/GF-EMA、PA66/GF-EMA-P22复合材料的层间剪切强度和动态储能模量(室温25 ℃)分别提高了18.3 %、25.4 %、32.4 %和15.4 %、24.1 %、35.9 %。     

夹钳衬套用PA6材料的改性研究

以尼龙6为基体,通过纤维改性、微粒共混及油浴处理,探索了不同改性处理工艺对材料的吸水性能、摩擦性能及力学性能影响规律,并设计开发了尼龙6/聚四氟乙烯/二氧化硅(PA6/PTFE/SiO₂)协同改性配方。结果表明,纤维改性与微粒共混均可以降低材料吸水率至2%以下;引入硅油分子可以降低PA6中分子链段与水分子的相互作用,PA6/PTFE/SiO₂复合材料的24 h吸水率比常规PA6降低了37%。微粒共混后的PA6/PTFE/SiO₂复合材料具有优异的摩擦性能,摩擦系数仅为0.32,磨耗量为4.25 mg;硅油热处理后其摩擦系数可以降低为0.24,磨耗量降低为3.09 mg。通过摩擦磨损表面形貌观察发现,PA6/PTFE/SiO₂复合材料的磨损机理主要以黏着和磨粒磨损为主。相比于纤维改性,采用微粒共混及油浴处理可以在保证材料具有70 MPa拉伸强度的基础上,提升材料的断裂伸长率。PA6/PTFE/SiO₂复合材料具有良好的耐磨性、吸水性和综合力学性能,可以满足轨道交通领域对尼龙衬套产...     

阴离子交换膜改性及抗污染性能研究进展

电渗析技术应用于工业废水脱盐时,废水中有机物及其它杂质组分等会造成膜污染,进而影响脱盐性能。电渗析膜污染防治对促进电渗析在工业废水处理中的应用有重要意义。相比于阳离子交换膜,阴离子交换膜更易形成有机污染,且更严重。阴离子交换膜污染主要由腐殖酸、牛血清蛋白、阴离子表面活性剂等有机物造成,污染过程主要受静电作用、亲和作用和几何因素的影响。膜改性提高阴离子交换膜的抗污染性能是电渗析膜污染防治的有效方法,目前已有许多有关膜改性提高阴离子交换膜抗污染性能的报道。膜改性方法主要有化学改性法、等离子体改性法、表面涂覆改性法、电沉积改性法、自聚合改性法及改进基膜结构法等。本工作对阴离子交换膜改性及抗污染性能的研究进展进行了综述,对不同改性方法的优缺点进行了分析和评价。这些改性方法能提高阴膜表面的负电荷密度和亲水性、降低膜表面粗糙度和基膜含水率等,因此可以改善阴离子交换膜的抗污染性能。然而,目前研究获得的改性阴离子交换膜仍存在修饰层不稳定、抗污染性能不理想和性能测试不系统等缺点,需进一步优化改性方法、改性工艺、组分修饰及性能测试等,以获得抗污染性能稳定且效果良好的改性阴离子交换膜。     

高分子分离膜材料亲水改性及对膜性能的影响

介绍了高分子分离膜材料的亲水改性中常用的化学改性和物理改性方法。化学改性可以通过膜材料化学改性和膜表面化学改性来实现 ;物理改性即高分子膜材料的物理共混也可以改善膜材料的亲水性能。同时介绍了膜材料共混改性对膜性能的影响。     

Hydrophilic modification of P(VDF-co-CTFE) porous membranes

This paper describes fabrication of a poly(vinylidene difluoride-co-chlorotrifluoroethylene) (P(VDF-co-CTFE)) porous membrane via non-solvent induced phase inversion and subsequent hydrophilic modification using high efficient surface initiated atom transfer radical polymerization (ATRP). The effect of viscosities of casting solutions on microstructures of the P(VDF-co-CTFE) membrane was investigated. The surface chemistry, thermal stability, morphological structure, and hydrophilicity of the modified membranes were evaluated by Fourier Transform Infrared Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR), Differential Scanning Calorimeter (DSC), Scanning Electron Microscope (SEM), and contact angle measurements, respectively. The degree of grafting and the degree of swelling were measured to analyze the effect of polymerization time on the wettability. The mechanical strength of the membranes after modification was also investigated. The permeability and fouling resistance were evaluated according to pure water flux and protein solution filtration measurements. The results demonstrate that the hydrophobic P(VDF-co-CTFE) membrane can be feasibly modified by immobilization of hydrophilic poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (PEGMA) brushes via surface initiated ATRP.     

膜蒸馏脱盐中膜污染与膜润湿的研究进展

膜蒸馏作为一种脱盐的新兴技术受到广泛关注。然而,因为实际水质组分复杂,可能含有如表面活性剂、油类物质、易结垢盐和有机溶剂等污染物,导致一般疏水膜在长时间运行情况下极易发生膜污染或者膜润湿,最终造成膜通量或截留性能降低。本文首先简述了不同种类的膜污染和膜润湿的特点及形成原因,并分析了膜污染和膜润湿之间的区别和联系。对膜蒸馏过程中膜污染和膜润湿的监测和预测手段进行了简要介绍,最后针对膜蒸馏脱盐过程,重点介绍了近几年国内外预防膜污染和膜润湿的研究进展。研究者一般从污染物与疏水膜的相互作用力着手对疏水膜进行表面改性制备全疏膜和Janus复合膜,避免污染物在膜面的吸附以及抑制表面或孔道润湿。越来越多的研究人员采用致密亲水膜的渗透汽化脱盐来从根本上避免疏水膜带来的润湿。除此之外,对进料液进行预处理也能显著延迟膜的污染和润湿,如混凝/沉淀、膜过滤、煮沸、pH调控等,还可通过改变进料方式、辅助外加磁场等措施控制膜表面局部区域的流体力学状态,减少污染物的附着。适当的膜后处理措施也能恢复膜性能。最后,文章指出了解决膜蒸馏中膜污染和膜润湿的研究方向。     

亲水化改性PVDF超滤膜的抗污染特性研究

以不同通量的自制亲水化纳米SiO2改性PVDF超滤膜(PS)和聚乙烯醇改性PVDF超滤膜(PA),对城市污水二级出水(EfOM)和牛血清蛋白(BSA)水溶液进行了过滤试验,通过对比未添加改性剂的PVDF超滤膜,考察通量衰减率、膜污染阻力构成、通量恢复率等指标,分析水质与膜材料间的相互关系对超滤膜抗污染能力的影响.结果表明,在BSA料液中,3种通量下,低通量的膜抗污染能力好于高通量膜.20 min内PA膜表现出最低的膜通量衰减,而P膜在过滤初期通量就急剧下降.在EfOM料液中,各通量下,P膜通量衰减严重且产生了不可逆的堵孔阻力,亲水化改性后膜通量衰减率降低,稳态通量高,膜污染阻力主要来自于浓差极化和滤饼层阻力,其中PS膜通量下降率最低,而PA膜清洗后通量易恢复.     

聚偏氟乙烯超滤膜亲水改性研究进展

膜污染会缩短超滤膜的使用寿命,增加由于水力清洗、化学清洗以及膜组件更换而产生的费用。为减少运行成本,有必要对膜污染加以控制。膜污染与原水中污染物的性质和膜本身的性质密切相关。亲水性膜具有水通量高、抗污染性能好的特点,因而提高超滤膜的亲水性是提高膜的水通量和控制膜污染的重要方法之一。简要介绍了具有良好化学稳定性、耐辐射性、耐热性的聚偏氟乙烯膜的表面亲水改性和共混亲水改性的研究进展,指出通过不同的改性方式,聚偏氟乙烯膜都能够实现亲水性的增强。     

亲水改性PVDF膜材料及其膜生物反应器应用

膜生物反应器（MBR）技术中最常用的膜材料是聚偏氟乙烯（PVDF）,然而由于PVDF膜的疏水性,使其在用于MBR的运行过程中存在易污染、通量低等缺陷,因此对PVDF膜材料进行亲水改性是近年来国内外研究的热点。本文首先介绍了PVDF膜材料典型的表面涂覆改性和表面化学接枝改性这两种亲水改性方法,然后概述了随着纳米科学技术的兴起,采用无机纳米材料如碳材料氧化石墨烯（GO）、无机抑菌材料纳米银粒子及二氧化钛纳米颗粒等进行功能化复合制备PVDF膜材料等亲水改性方法。研究进展表明,新型亲水改性PVDF膜材料不仅在MBR污/废水处理中优势明显,而且在可再生生物能源生产等可持续发展领域极具潜力。     

Poly(vinylidene fluoride)‐Based Membranes for Microalgae Filtration

Two poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membrane modification approaches, i.e., poly(vinylpyrrolidone) (PVP) modification and sulfonation, were applied and investigated to produce a fouling‐resistant membrane for microalgae filtration. Both methods were able to alter the membrane surface to become more hydrophilic. However, clean water permeance increased only for the PVP‐modified membranes, while the sulfonated membranes underwent a significant morphology transformation to a denser membrane and thus lower permeance. Microalgae filtration with PVP‐modified membranes showed less fouling compared to the pristine one, particularly in the beginning of the filtration, indicating that fouling reduction on these membranes mainly occurs in the initial fouling stage. Fouling is also found to be influenced by the microalgae species, possibly due to the different properties of the formed cake layer.     

城市污水二级出水有机物性状及对膜污染的贡献

将城市污水二级出水中溶解性有机物分为强疏水性、弱疏水性和亲水性组分,研究其对超滤膜的污染。测定结果表明,二级出水中有机物对膜污染影响程度顺序为:强疏水性有机物>亲水性有机物>弱疏水性有机物。究其原因:(1)膜污染与有机物分子量大小有关,膜选择性地截留强疏水性有机物主要是这类有机物分子量较大所致。(2)从三维荧光光谱图上看,3个组分中均含有腐殖酸类荧光峰,说明腐殖酸类物质对膜通量的衰减贡献最大。(3)强疏水性组分中所含有机物最为复杂,荧光峰最为明显,由此可见膜污染的程度不仅与组分中所含有机物的种类有关,而且与其含量有关。此外,膜被有机物污染的程度与膜对有机物的去除率有着密切的关系。总荧光强度(FLU)可作为总有机物含量的一种指标来反映有机物被膜截留的情况。     

Comparative analysis for fouling characteristics of river water,secondary effluent,and humic acid solution in ceramic membrane ultrafiltration

Ceramic membrane ultrafiltration experiments were performed with 7-channel tubular membrane (molecular weight cutoff = 300 kD) at a constant transmembrane pressure and crossflow rate under recirculation mode. In the experiments, the fouling characteristics of river water (RW, dissolved organic carbon (DOC) = 3.4 mg/L) were compared with humic acid solution (HA1, DOC = 3.7 mg/L). Also, the fouling behaviors of secondary effluent (SE, DOC = 7.9 mg/L) were compared with HA2 (DOC = 8.5 mg/L). Fluorescence excitation-emission matrix, modified Hermia’s model, and resistance-in-series model were used to analyze the fouling characteristics. Results demonstrated that RW and SE could cause ceramic membrane fouling more rapidly due to their hydrophilic organic compositions in comparison with hydrophobic HA.