新型分盐纳滤膜的制备与表征

设计界面聚合反应单体结构,调节界面聚合反应参数,是实现纳滤膜结构和性能调控的有效手段.针对Na_2SO_4/NaCl高效分离需求,以高哌嗪(HPIP)为水相单体、均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,通过界面聚合反应制备了具有高Na_2SO_4/NaCl选择性的中空纤维纳滤膜.通过优化HPIP质量浓度、调节分离层的结构,可以实现对纳滤膜分离性能的有效调控.当HPIP质量浓度为3 g/L时,纳滤膜具有最佳的Na_2SO_4/NaCl选择性,该纳滤膜对Na_2SO_4和NaCl的截留率分别为98.0%和14.2%,Na_2SO_4/NaCl选择性为6.9,NaCl水溶液的渗透通量为39.7 L/(m~2·h).     

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%.     

纤维素/壳聚糖共混纳滤膜的制备及其染料脱盐性能研究

纤维素因其优良的机械性能、亲水性和成膜性而成功地应用于纳滤膜制备.但纯纤维素纳滤膜表面呈负电性,对低分子量水溶性染料和Na_2SO_4均具有高的截留率,不利于染料中Na_2SO_4的脱除.将荷正电的壳聚糖和纤维素共混,以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMIMAc)和二甲基亚砜DMSO为溶剂,水为凝固浴,无纺布为支撑层,采用相转化法,成功制备了纤维素/壳聚糖共混弱正电纳滤膜.结果表明,当纤维素和壳聚糖质量比为1∶1时,制备的共混纳滤膜分离性能最优.该膜在0.5MPa的错流条件下,对直接染料的截留率较高,如刚果红的截留率为99.99%;对活性染料(活性黑5、活性蓝19)的截留率也可达到80%~90%;而膜对无机盐截留率均较低,NaCl和Na_2SO_4的截留率分别在10%和1%以下.上述研究结果表明,该膜可实现染料和盐的高效分离.     

纳滤系统在矿井水零排放项目中分盐的应用

针对矿井水零排放的迫切需求与矿区水资源短缺的现状,研究了某矿井水零排放项目纳滤分盐系统的运行情况.从调试到正常运行半年以来,该系统运行情况良好,超滤膜对COD的截留率达到70%,对硅的截留率在40%～70%之间,纳滤膜可以有效地将来水中的氯化钠与硫酸钠进行分离,产水侧NaCl/Na_2SO_4比达到55以上,浓水侧Na_2SO_4/NaCl比达到9以上,为后续蒸发结晶产出纯盐奠定基础.     

双层PEEK-WC界面聚合正渗透膜的制备及表征

<正>渗透过程是近些年发展起来的一种新型渗透驱动膜分离过程,它具有低能耗、低膜污染、高分离性等优点,在水处理领域有很好的应用前景.通过调控铸膜液温度制得具有不同外孔径的酚酞型聚醚醚酮(PEEK-WC)双层中空纤维基膜,然后用硫酸对双层中空纤维基膜外表面进行亲水改性,得到亲水基膜.再用无水哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)作为反应单体,通过界面聚合反应在亲水基膜上形成聚哌嗪酰胺复合层制备正渗透膜.研究表明,较高的铸膜液温度有利于形成外表面为较小孔径的PEEK-WC双层中空纤维基膜;用质量分数90%的硫酸亲水改性15 s时,得到润湿性最佳的亲水基膜;在进行界面聚合反应时,外表面为较小孔径的亲水基膜有利于形成更均匀致密、渗透性能更好、截留率更高的聚哌嗪酰胺复合层;与NaCl相比,使用Na_2SO_4做汲取液可以有效降低内浓差极化(ICP),提高正渗透膜水通量,降低反向盐通量.     

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%.     

聚醚砜/磺化聚砜/磺化聚醚砜共混疏松纳滤膜的制备及其染料/盐选择分离性能

含盐染料废水的有效分离一直是工业废水处理领域亟需解决的难题,制备高性能的疏松纳滤膜是解决这一问题的有效途径.以聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSf)和磺化聚醚砜(SPES)为原料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,己二酸(AA)为添加剂配制铸膜液(固含量31%,质量分数),水为凝固浴,采用非溶剂致相分离(NIPS)法制备了PES/SPSf/SPES共混疏松纳滤膜.探究SPES添加量(0～20%,质量分数)对膜结构以及染料/盐分离性能的影响.结果表明,PES/SPSf/SPES共混体系为完全相容体系,制备的共混膜横截面为完全海绵体结构.当SPES添加量为10%时,所制备疏松纳滤膜(M10)的切割分子量为5 900,膜孔径为1.38 nm,纯水渗透率为605L/(m~2·h·MPa);共混膜对分散红74(DR74)和分散蓝79(DB79)的截留率均99%;共混膜持续处理DR74/Na_2SO_4混合溶液48 h,对DR74的截留率99%,对Na_2SO_4的截留率25%,表现出优异的染料截留性能和运行稳定性,实现了对分散染料/盐的选择性分离.     

界面耦合法制备配位纳滤膜

传统纳滤膜主要通过界面聚合法制备,其分离层与基膜之间的结合力为分子间作用力,较为薄弱.通过在分离层与基膜之间引入配位键,采用金属-有机配位技术在聚酰亚胺基膜上制备了具有纳滤性能的分离层.首先通过考察NaOH溶液的浓度和反应时间对于基膜形貌和基团的影响,优化基膜的修饰程度,确定最佳的NaOH溶液浓度为0.01 mol/L,修饰时间为9 min.然后通过Fe~(3+)与Na~+之间的置换将配位中心Fe~(3+)引入基膜表面.最后考察不同金属配位中心与有机配体的比例对膜性能的影响,确定最优植酸与Fe~(3+)的摩尔比为3∶7.制得的配位纳滤膜表面负电性与亲水性都得到增强.制得的膜对1 000 mg/L Na_2SO_4的截留率为85.6%,通量为53 L/(m~2·h·MPa),对多种染料的截留率在99%以上,且具有较好的长期稳定性.     

超支化聚酰胺纳滤膜的制备及其吸附性能研究

以端氨基超支化聚酰胺为水相单体,对苯二甲酰氯为油相单体,采用界面聚合法通过控制单体浓度制备出具有荷负电特征的超支化聚酰胺纳滤膜。该膜对1 000mg/L NaCl、Na_2SO_4、MgCl_2、MgSO_4的脱除顺序为Na_2SO_4MgSO_4MgCl_2NaCl,对硫酸钠的脱除率为73.5%。在明确该膜分离特征的基础上,着重考察了操作压力、Mg~(2+)浓度等因素对纳滤膜吸附镁离子性能的影响。结果表明,增大操作压力和进料液浓度均有助于缩短膜吸附达到平衡的时间,且吸附量略有增大;动力学模拟结果表明该膜的吸附动力学比较符合准一级动力学模型;并且理论分析初步表明镁离子主要吸附在膜表面及孔内部。     

荷正电聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备及表征

以聚四氟乙烯(PTFE)平板膜为基膜,对其进行亲水改性后,以支化聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)为主要单体,通过界面聚合制备了荷正电聚四氟乙烯复合纳滤膜。采用红外光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜和固体表面Zata电位分析仪研究了复合纳滤膜的表面化学结构、微观形貌和荷电特性,结果表明,在亲水PTFE基膜表面形成了致密的多层结构,复合纳滤膜在pH为中性的条件下呈现荷正电。通过优化制备条件,复合纳滤膜对MgCl_2溶液的截留率达到95.7%,水通量为13.47 L/(m~2·h)(测试液浓度1000 mg/L,操作压力0.4 MPa)。此外,测试复合纳滤膜对不同盐溶液的截留率大小顺序为MgCl_2(95.7%)MgSO_4(90.7%)Na_2SO_4(77.5%)NaCl(58.1%),对聚乙二醇(PEG)的截留相对分子质量为402。研究表明制备的复合纳滤膜在硬水软化领域具有潜在的应用价值。     

阳极氧化电压对钛合金TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的影响

在草酸盐、硅酸盐和磷酸盐电解液体系中,在钛合金Ti-6Al-4V(TC4)表面制备阳极氧化TiO_2膜层,研究了TiO_2膜层的表面显微结构、化学组成和生物活性。在室温用恒压阳极氧化法制备TC4表面阳极氧化TiO_2膜,以TC4为阳极,不锈钢为阴极,电解液组成为:20 g/L的Na_2C_2O_4、10 g/L的Na_2SiO_3·9H_2O、9.25 g/L的NaH_2PO_4和2 g/L的NaOH,阳极氧化电压为10-120 V,氧化时间50 min,电源频率200 Hz。用XRD、AFM、SEM及XPS等手段分别测量了膜层的物相、三维形貌、氧化膜层表面的显微结构及化学组成。结果表明:氧化电压对TiO_2膜层的物相组成基本没有影响,氧化膜层呈非晶态TiO_2。当氧化电压为30 V时,TiO_2膜层表面由孔径1.3μm左右的孔和凸起颗粒组成的粗糙结构,随着氧化电压增加表面凸起颗粒逐渐减少,粗糙度降低,当氧化电压为100 V时场致溶解的作用使TiO_2膜层表面凸起颗粒不明显,TiO_2膜层表面的粗糙度低于TC4基体,表面孔径为240 nm。TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的微纳米结构和大量的羟基—OH,有利于提高TiO_2膜层的生物活性和骨生长特性。     

非对称聚丙烯腈纳滤膜的制备及性能研究

聚丙烯腈(PAN)是一种价格低廉、耐候性强、化学稳定性优异的大宗合成高分子材料,已被成功应用于制备超滤和微滤膜,但在制备纳滤膜方面却面临着挑战.以国产PAN为原料,采用N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂、四氢呋喃(THF)为共溶剂,经一步非溶剂诱导相转化过程(NIPS)制备非对称纳滤膜.通过调节液膜层相转化前的热处理温度,调控膜表面THF的挥发速率,进而控制所得PAN膜的皮层致密性,得到了纳滤膜.系统表征了所得膜的形貌、亲水性、表面流动电位等性质,测试了所得膜的水通量、对盐离子和小分子染料的截留性能.结果表明,随着对液膜层的热处理温度升高,所得膜对盐水溶液的渗透通量逐渐降低,对相应盐离子的截留率则逐渐升高,对Na_2SO_4的最高截留率可达85.6%.优化的膜对6种研究的染料水溶液过滤的产水通量处于2.14～111.5 L/(m~2·h),对较高相对分子质量的染料的截留率可达99.8%以上.所得膜可满足对染料水溶液的脱色应用要求.PAN有望成为一种低成本的染料废水处理纳滤膜材料.     

涂覆Na_2SO_4-25%NaCl盐膜的Super304H的热腐蚀行为

应用增重分析法研究涂有Na_2SO_4-25%NaCl盐膜的Super304H在650,750℃空气中的腐蚀动力学曲线,采用XRD,SEM(EDS)和EPMA对腐蚀产物、腐蚀截面形貌和元素分布进行分析。结果表明:涂覆Na_2SO_4-25%NaCl盐膜的合金在650,750℃的腐蚀动力学曲线均呈"抛物线"趋势;合金表面形成了含CuFe_2O_4的富Fe氧化物(外层)与富Cr_2O_3(内层)组成的双层氧化膜以及含有孔隙的贫Cr、富Ni的腐蚀影响区;提高腐蚀温度或延长腐蚀时间均可以导致氧化膜与基体分离甚至剥落,腐蚀影响区孔隙密度增大,裂纹向基体延伸。分析认为:腐蚀初期合金发生选择性氧化,形成多层氧化膜;复合盐的熔融破坏氧化膜的完整性,加速氧化、氯化以及硫化的交互作用,导致内硫化和内氧化。     

电解液中Na_2WO_4对Ti_2AlNb微弧氧化膜结构及摩擦磨损性能的影响

选取硅酸盐/磷酸盐体系在Ti_2AlNb表面制备微弧氧化陶瓷膜,利用SEM,XRD,XPS等研究了电解液中Na_2WO_4对氧化膜生长过程、微观结构及成分的影响,同时评价了Ti_2AlNb微弧氧化膜的摩擦磨损行为。结果表明:硅酸盐/磷酸盐电解液中,氧化膜生长速率仅为0.08μm/min,膜层较疏松,表面存在大孔相连的"网状"结构,主要相组成为金红石TiO_2、锐钛矿TiO_2、Al_2O_3及Nb_2O_5。电解液中加入Na_2WO_4,缩短了Ti_2AlNb合金的起弧时间、提高了氧化膜的生长速率、改善了膜层均匀性,同时在膜层中引入了少量WO_3。此外,在Na_2WO_4参与下制备的微弧氧化膜的耐磨性更好。与Si_3N_4对磨时,Ti_2AlNb合金发生严重的磨粒磨损,摩擦因数高达0.5~0.7;含4g/L Na_2WO_4电解液中制备的Ti_2AlNb微弧氧化膜的摩擦因数、比磨损率分别为0.24及6.2×10~(-4) mm~3/(N·m),表面仅出现"鱼鳞状"疲劳磨损特征。     

基于丹宁酸的低压复合纳滤膜的制备及其染料分离性能

以丹宁酸、异佛尔酮二异氰酸酯为反应物,以聚丙烯腈超滤膜为底膜,采用界面聚合法制备低压复合纳滤膜.ATR-FTIR与扫描电镜(SEM)测试结果表明,PAN表面形成无缺陷丹宁酸(TA)分离层;由于单宁酸(TA)多酚基团的空间位阻作用减慢了界面聚合反应速率,所得纳滤膜表层呈现疏松结构,在0.2MPa低操作压力下,丹宁酸复合纳滤膜的水通量可达15.81L/(m~2 h),甲基蓝截留率为94.5%;随着水相单宁酸浓度的增加,复合纳滤膜的甲基蓝截留率呈现先增加后降低的趋势,水通量的变化规律正好相反;抗污染性能测试表明,以丹宁酸制备的复合纳滤膜具有良好的抗污染性能.     

以PAMAM/TMC为单体的复合纳滤膜制备及其在油田采出水处理中的应用

以聚砜超滤膜为基膜,通过聚酰胺-胺(PAMAM,G0)与均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反应制备了复合纳滤膜.通过正交实验优化了纳滤膜的制备条件,并通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR-ATR)、场发射扫描电镜(FESEM)进行膜表面结构及形貌分析,测试了纳滤膜的盐截留能力.结果表明:纳滤膜制备条件确定为聚酰胺-胺(PAMAM,G0)浓度为0.25%,均苯三甲酰氯(TMC)浓度为0.3%,界面聚合时间为90s,热处理温度为80℃,热处理时间15min.界面聚合后在超滤膜表面形成了一层致密的聚酰胺(PA)活性皮层,所制得的复合纳滤膜盐截留顺序为Na_2SO_4MgSO_4MgCl_2NaCl,表明纳滤膜表面带有负电荷.纳滤膜处理采油废水时,存在过滤初期的通量快速下降、随后的缓慢下降以及最后的通量稳定3个阶段,且压力为0.7 MPa,0.9 MPa和1.1 MPa时所对应的通量由10L/(m~2·h)逐渐升高到22L/(m~2·h),其对采油废水的盐截留率处在12.6%~14%之间.     

高盐染色废水脱盐用中空纤维超滤膜的制备和应用

在聚砜(PSf)铸膜液中加入磺化聚醚砜(SPES),引入亲水性磺酸基团(-SO_3H),采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备PSf/SPES共混改性超滤膜.通过扫描电镜(SEM)表征膜的形貌结构,用过滤实验研究超滤膜的分离性能.结果表明,改性膜最佳制备条件为SPES添加量为质量分数0.25%,芯液组成(DMAc∶H_2O,质量分数比)为2∶8,此时制备的共混改性膜在0.1 MPa压力下,纯水水通量为282.5 L/(m~2·h),对100 mg/L的活性艳橙KE-2R、活性深蓝KE-R、直接混纺黄D-3RNL的截留率分别为95.6%、94.7%、97.4%;在100 g/L Na_2SO_4存在时,PSf/SPES共混改性膜对活性艳红X-7B的截留率仍超过60%,并可使绝大部分Na_2SO_4分子渗透通过,实现了对高盐染色废水中染料与盐分质回收的目的.此外,共混改性膜持续运行48 h处理染色废水时渗透通量和截留率变化较小,具有较好的运行稳定性,可应用于实际染色废水处理.     

均相电渗析膜堆淡化性能测试与分析

为了进行均相电渗析测试分析以及设计选型需要,采用国产均相电渗析TRHE-JACM-5W-12060/100膜堆,通过装配自控式中试实验机,测试不同盐、不同电流及电压、不同流速状态下的单程脱盐率,计算出相应的电流效率及吨水能耗,并得出了膜堆的脱盐基本规律.低浓度淡化均相电渗析膜堆的单程脱盐率随着进水盐含量的降低而升高;随着电流密度的增加而升高;随着膜表面流速的降低而升高;与进水盐种类也有关,基本的脱盐率大小规律为:NaClNa_2SO_4(NH_4)_2SO_4NaCl+Na_2SO_4NaCl+MgSO_4NH_4ClNaHCO_3MgSO_4.以3 000 mg/L的NaCl为原料液,膜表面流速为4 cm/s,平均每对跨膜电压为0.5 V时,电流密度可以达到0.5 A/m~2,单程脱盐率可以达到32%,本体直流能耗为0.23 kW·h/m~3;当平均每对跨膜电压为0.8 V时,单程脱盐率可以达到55%,本体直流能耗为0.7 kW·h/m~3.     

TC4钛合金微弧氧化膜的高温曝露行为

为了对比研究不同主盐成分对TC4钛合金表面微弧氧化膜高温曝露行为的影响,以相同浓度的Na_2SiO_3、Na_3PO_4、NaAlO_2作为电解液主盐分别对TC4钛合金进行微弧氧化处理,对获得的陶瓷膜样品进行恒温氧化和热冲击试验,分析氧化及热震试验前后样品的物相、形貌、膜层厚度和元素成分。结果表明:陶瓷膜样品经过750℃/30 h恒温氧化试验后氧化增重符合抛物线规律,在Na_3PO_4溶液中形成的膜层有较好的抗氧化性,NaAlO_2中的次之;经过100次650℃水冷至28℃的循环热震试验后,3种电解液中获得的氧化膜破坏程度不同,Na_3PO_4溶液中形成的氧化膜无剥落,NaAlO_2、Na_2SiO_3溶液中形成的氧化膜都出现剥落现象,其中以Na_2SiO_3溶液中形成的氧化膜剥落最严重;涂层的抗氧化性及抗热震能力与陶瓷层的表面形貌、厚度及相组成密切相关。     

共价层层自组装纳滤膜的制备及性能研究

纳滤膜目前多采用界面聚合的方法制备.层层自组装是近年来发展的一种新型制膜方法,但层层自组装所制备的纳滤膜大多需要5个以上双层,制备过程繁琐,同时,以静电力结合的阴阳离子聚电解质在水中存在一定程度的解离和溶胀,结构不稳定.本文提出用静电组装与化学交联相结合的方法制备纳滤膜,增强膜的稳定性.以改性的聚丙烯腈(PAN)为基膜,以聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯亚胺(PEI)分别为阴阳离子聚电解质,以戊二醛(GA)为交联剂,制备了共价层层自组装纳滤膜(PEI/PAA/GA)n,研究了双层数、交联剂浓度、交联时间等因素对膜性能的影响.结果表明,当制备两个双层时,(PEI/PAA/GA)_2纳滤膜对2 000 mg/L Na_2SO_4溶液中的Na_2SO_4的截留率就能达到98.1%,水通量为12.6 L/(m~2·h·MPa);对2 000 mg/L NaCl溶液中的NaCl的截留率达到82.9%,水通量为16.8 L/(m~2·h·MPa).交联后的纳滤膜有良好的耐溶胀性和长期运行稳定性.