基于MXene中间层的复合纳滤膜制备及其盐水分离性能研究

通过湿法化学刻蚀得到单层MXene纳米片后，采用旋涂法将MXene纳米片负载至基膜上作为中间层制备聚酰胺复合纳滤膜，并探讨了MXene不同负载浓度对复合纳滤膜通量及盐截留性能的影响。结果表明引入MXene作为中间层，使得圆泡状形貌在所得膜表面形成，当旋涂1 mL浓度为0.1 g/L MXene时，通量为24.2 L/(m²·h)，硫酸钠截留率为97.4%，相比传统膜(通量12.9 L/(m²·h)，硫酸钠截留率96.3%)性能提升明显。随着MXene旋涂负载浓度增加，通量逐渐减小，而硫酸钠截留率则存在先增加后减小再稳定的趋势，截留率最高可达98.8%(通量16.3 L/(m²·h))。     

一种天然聚电解质制备荷正电纳滤膜的研究

以带有阳离子的改性瓜尔胶(CGG)与季铵化壳聚糖(HACC)共混物作为铸膜液，在聚砜支撑层材料上进行表面涂覆，通过相转化法形成超薄分离层，从而制备得到一种天然聚合物交联荷正电纳滤膜。结果证明：在25℃，60%相对湿度条件下，由阳离子瓜尔胶浓度为3.4wt%与季铵化壳聚糖浓度为1.7wt%(溶质配比为2:1的共混溶液)制备而成的纳滤膜性能最佳。该复合膜在25℃，1.0 MPa操作压力下对NaCl和MgCl₂的截留率分别为25.0%和97.1%，水通量为40.8 L/(m²·h)，对于二价盐和一价盐具有较高的选择脱除效果。     

聚电解质复合纳滤膜的制备及其截盐性能研究

采用静电诱导法，通过铸膜液中带负电的磺化聚醚砜(SPES)和凝固浴中带正电的聚乙烯亚胺(PEI)在相分离时形成的相互吸引作用，在聚醚砜(PES)膜表面形成聚电解质分离层，再经过交联处理和热处理制得聚醚砜复合纳滤膜。结果表明，当铸膜液中SPES/PES比例为4/17，凝固浴中加入的PEI分子量为10 000 g/mol时，所制得的纳滤膜在较低测试压力(0.3 MPa)下对硫酸镁(MgSO₄)和硫酸钠(Na₂SO₄)的截留率分别为91.1%、85.7%，对其溶液的渗透性能分别为71.4 L/(m²·h·MPa)、75.9 L/(m²·h·MPa)。     

原位界面聚合制备PVDF复合纳滤膜的研究

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)复合纳滤膜性能，以掺入单体哌嗪(PIP)的铸膜液制备基膜，通过原位界面聚合快速制备复合纳滤膜，简化了制备程序。ATR-FTIR分析结果表明，基膜上成功生成聚酰胺(PA)层，SEM观察到PA层表面具有典型结节结构。得到的复合纳滤膜对Na₂SO₄截留率为95.59%,渗透通量为12.37 L/(m²·h·bar),远高于传统界面聚合制备的PVDF复合纳滤膜。72 h的持续测试结果表明该复合纳滤膜具有良好的长期稳定性。     

基于胺基改性纳米SiO2的有机-无机杂化纳滤膜制备与性能

以聚醚砜纳滤膜为基膜，采用胺基改性纳米SiO₂掺杂树状聚酰胺-胺(PAMAM)作为水相改性剂制备了一类有机-无机复合纳滤膜。通过条件优化实验确定较佳界面聚合条件为有机相单体w(均苯三甲酰氯)=0.5%、w(PAMAM)=0.3%、w(SiO₂)=0.3%、处理时间90 s、处理温度80℃。在该条件下，纳滤膜对无机盐的截留率为67.3%、通量为31.3 L/(m²·h),对模拟污水的分离性能优于采用未改性纳米SiO₂制备的有机-无机复合纳滤膜。制备的纳滤膜对4种模拟矿化污水的截留顺序为Na₂SO₄>KCl>CaCl₂>MgCl₂。     

氯化聚氯乙烯复合纳滤膜的制备及其在模拟RB5染料废水处理中的应用

以氯化聚氯乙烯（CPVC）超滤膜为基膜,采用单宁酸（TA）和哌嗪（PIP）在CPVC膜表面共沉积后与交联剂均苯三甲酰氯（TMC）进行界面聚合得到PA/TA/CPVC复合纳滤膜,采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、红外光谱及接触角对PA/TA/CPVC复合纳滤膜进行了表征,并探讨了干燥时间、TA/PIP浓度比、TA+PIP总浓度、TMC浓度对PA/TA/CPVC复合纳滤膜微观结构与性能的影响。结果表明,TA/PIP浓度比最佳为7/3,TA/PIP层的最佳干燥时间为20min,PA/TA/CPVC复合纳滤膜的纯水通量随着TA+PIP总浓度的增加和TMC浓度的增加而减少,对PEG1000的截留率均在90%以上。PA/TA/CPVC复合纳滤膜纯水通量最大值为4.5L/(m² · h · bar),此时PEG1000的截留率达到95.8%。对模拟RB5染料废水的最大通量为4.3L/(m² · h · bar),此时RB5的截留率为95.4%,对模拟RB5染料废水的稳定性较好。     

1种荷正电纳滤膜的制备

以N,N′-双(3-胺丙基)甲胺为水相单体,采用界面聚合的方法与有机相中的酰氯单体反应生成脂肪族聚酰胺的纳滤膜,观察了反应的各项条件对所成纳滤膜的性能的影响,并对各种不同组成的盐的截留效果进行了测试。结果表明,该膜在0.75 MPa压力下,对氯化镁的截留率达到90%,通量达到80 L/(m2·h)。所得的荷正电的纳滤膜,可以应用与水软化、带正电染料的除盐等领域。     

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的制备及其纳滤分离性能的研究

本文以均苯四甲基酸酐(PMDA)、4,4-二氨基二苯醚(ODA)作为原料，在合成过程中加入氧化石墨烯进行掺杂，制备出氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜，并考察了其纳滤分离性能。结果表明，在1.6MPa，膜面流速为0.25m·s^-1，操作温度20℃的条件下，膜通量为46.9L·(m²·h)^-1,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别为91.21%和77.78%；对比相同条件下的纯聚酰亚胺纳滤膜，膜通量提升33.47%,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别提升了13.28%和18.98%。因为氧化石墨烯具有很高的比表面积，并且在表面具有大量的亲水基团等特殊结构，所以通过掺杂可以明显提高聚酰亚胺纳滤膜的分离性能。     

原位合成法制备高通量聚砜超滤膜及其性能研究

以聚砜（PSF）为原料,N,N‐二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂,4,4'-二氨基二苯砜（DDS）和均苯四甲酸二酐（PMDA）为添加物,在聚砜铸膜液中“原位合成”聚酰胺酸（PAA）,采用浸没沉淀相转化法制备高水通量PSF超滤膜。使用傅里叶变换红外光谱仪（ATR-FTIR）和X射线光电子能谱分析（XPS）对膜表面化学组成进行分析,结果表明成功在膜表面引入PAA。膜的荷电性、水接触角、保湿性和水通量等性能测试表明,改性膜具有良好的保湿性和水渗透性。在0.1 MPa的运行压力下,改性膜的纯水通量和牛血清白蛋白（BSA）截留率均高于纯PSF超滤膜,纯水通量从221.39 L/(m²·h)增加至406.57 L/(m²·h),截留率从75.75%增加到96.14%;在0.01~0.1 MPa的运行压力范围内,改性膜水通量均高于纯PSF超滤膜。。     

荷正电季铵化壳聚糖/聚醚酰亚胺复合纳滤膜的制备及性能研究

以无纺布增强具有耐溶剂、耐热特性的聚醚酰亚胺(PEI)超滤(UF)膜为支撑层,具有荷正电性和良好成膜性的2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)为功能层,制备了一种荷正电HACC/PEI复合纳滤(NF)膜。考察了聚合物浓度、反应时间、交联剂浓度及交联温度等对所制备的复合纳滤膜性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)观察了该复合纳滤膜的表面形貌。结果表明:最佳制备条件下得到的HACC/PEI复合纳滤膜在0.3 MPa、20℃下对MgCl2具有较好的分离效果,其通量和截留率分别为10.9 L/(m2·h)和83.1%;另外,HACC/PEI复合纳滤膜呈现典型的荷正电特征,对二价无机盐具有较高的截留率。     

正渗透策略和化学清洗海水淡化反渗透膜

为解决海水淡化过程中反渗透膜的污染问题,研究了基于正渗透策略的反渗透产水、模拟反渗透浓水、模拟海水不同的组合清洗和清洗时间对膜通量和截留率的影响。针对不可逆污染,研究了不同化学清洗药剂、浸泡时间、浓度对膜通量和截留率的影响。结果表明,正渗透策略清洗方式中,淡水/模拟反渗透浓水的组合清洗方式效果最佳,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至13.6 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至92.80%。此外,经质量分数为2%的柠檬酸溶液浸泡2 h后,再使用质量分数为1%的乙二胺四乙酸四钠盐和0.3%的三聚磷酸钠溶液浸泡1.5 h,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至14.3 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至96.27%。从SEM和AFM图可以看出,正渗透清洗策略并未对膜表面选择层造成损坏,且可以清洗膜表面的有机污染物和无机污染物,因此,应用这种方法对污染的反渗透膜进行清洗,可延长化学清洗周期,减少化学清洗剂用量,具有一定的工业应用前景。     

有机溶剂纳滤膜的润湿性对渗透和分离性能的影响

有机溶剂纳滤是一种绿色、高效、节能的新型膜分离技术,在回收和处理有机溶剂中具有广泛的应用前景。本文采用浸渍法分别将聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）、嵌段聚醚酰胺（PEBAX2533）和聚乙烯醇（PVA）与聚砜（PS）超滤基膜复合,制备了3种不同润湿性的聚合物耐溶剂纳滤膜,研究了PDMS/PS、PEBAX/PS和PVA/PS复合膜对甲醇、乙醇、异丙醇、正己烷、正庚烷的渗透性能,考察了3种聚合物膜对伊文思蓝/甲醇溶液的有机溶剂纳滤性能。结果表明,有机溶剂在不同润湿性复合膜的渗透和传递性能与溶剂本身的溶度参数、分子量、黏度和极性等有很密切的相关性,溶剂的分子量、黏度、分子动力学直径越小,在同一极性复合膜中渗透通量越大;对伊文思蓝/甲醇溶液的有机溶剂纳滤分离表明,PDMS/PS和PEBAX/PS复合膜的截留率均可达90%以上,通量分别为 58.0L/(m²·h·MPa)和72.2L/(m²·h·MPa);PVA/PS复合膜的截留率为85.1%左右,通量为57.5L/(m²·h·MPa)。     

国产纳滤膜脱除硝酸盐的试验研究

采用国产纳滤膜脱除水环境中的硝酸根离子,研究进液浓度、浓水流量、压力、温度等对纳滤膜的截留性能和通量的影响。结果表明,压力的升高有利于提高纳滤膜的截留率和产水通量,最佳压力为0.7 MPa,此时截留率和产水通量可达75.0%和153.7 L/(m²·h);适当的提升进水温度可以提高纳滤过程的截留率,最佳进水温度为39.3℃;进料浓度对截留过程有着显著的影响,进料浓度越低,纳滤膜的截留效果越好。     

荷正电聚酰胺有机/无机杂化复合纳滤膜的制备和脱盐性能研究

以聚砜(PSF)超滤基膜为支撑层,将氨基化多壁碳纳米管(MWCNTs-NH_2)分散在聚乙烯亚胺(PEI)水溶液中得到水相溶液,与间苯二甲酰氯(IPC)和均苯三甲酰氯(TMC)的混合有机相溶液进行界面聚合反应,制备了荷正电氨基化多壁碳纳米管/聚酰胺/聚砜(MWCNTs-NH_2/PA/PSF)有机-无机杂化复合纳滤膜,并确定了最佳的MWCNTs-NH_2质量分数为0.16%。优化制备条件所制得的MWCNTs-NH_2/PA活性层厚度为155 nm,较PA活性层薄。在0.4 MPa、室温下,对1 000 mg/L MgCl_2水溶液的截留率为93.0%,通量为13.9 L/(m~2·h)。该种荷正电的聚酰胺杂化复合纳滤膜对不同无机盐有不同的截留性能,可应用于海水淡化的预处理、硬水软化、饮用水净化等。     

Fe3+交联聚乙烯亚胺-单宁酸复合纳滤膜研究

利用聚乙烯亚胺(PEI)、单宁酸(TA)与Fe³⁺之间的螯合作用,通过层层自组装技术,制备了PEI-TA复合纳滤膜,对其表面形态及性能进行了表征,并研究了TA、Fe³⁺含量和组装层数对膜性能的影响。结果表明,当PEI、TA、Fe³⁺的质量浓度分别为2、3、3 g/L,组装层数为6层时,复合膜性能为优。优化膜对Na₂SO₄、MgCl₂、NaCl的截留率分别为97.34%、65.46%、73.11%,水通量达24.91 L/(m²·h)。该复合膜制备工艺简单、绿色,在脱盐、水质软化等水处理领域具有应用潜力。     

功能化碳纳米管/SMANa/聚醚砜导电分离膜的制备及性能

为改善聚醚砜(PES)导电分离膜的相容性和分离性能,将碱处理的苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMANa)和功能化碳纳米管按照不同质量比与PES共混,使用非溶剂诱导相分离法成功制备功能化碳纳米管/SMANa/聚醚砜导电分离膜,对分离膜的结构、形貌和分离性能进行测试。结果表明：通过碱处理苯乙烯-马来酸酐共聚物,成功制备具有良好分散性的SMANa。当功能化碳纳米管添加量为6 g时,导电分离膜的电阻率达到2.929 97×10⁴Ω·cm,纯水渗透通量达到1 188.1 L/(m²·h),而对牛血清蛋白(BSA)的截留率为91.46%。在通入30 V电压后,导电分离膜对刚果红、甲基蓝染料渗透通量分别达到584 L/(m²·h)和480 L/(m²·h),截留率均达到99.99%。     

一种新型高通量纳滤膜研究

以聚砜为底膜,以哌嗪和均苯三甲酰氯为反应单体,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为油相添加剂,制备了高通量复合纳滤膜。制得的复合膜对Na2SO4的截留率为98.2%,通量为59.1 L/(m2.h),对PEG200的截留率为83.05%,通量为69.3 L/(m2.h),对NaCl的截留为38.9%,通量为70.3 L/(m2.h)。     

正渗透处理模拟印染废水的性能研究

实验以1 mol/L的NaCl溶液为汲取液,以活性染料印染废水、分散染料印染废水为原料液,探究不同染料类型、膜朝向及温度对正渗透性能的影响,以及不同情况下的膜污染情况。正渗透处理两种染料都有很高的水通量;AL-FS模式初始水通量为14.79 L/(m²·h),COD截留率为98.8%,色度为99.2%。AL-DS模式下分别为17.82L/(m²·h)、93.2%和93.9%;温度由15℃升高到35℃,水通量增加了5.6%,COD截留率降低了1.1%,色度截留率降低了1.2%;超声清洗后AL-FS模式下恢复率为94.3%,AL-DS模式下为91.2%。AL-FS模式优于AL-DS,水通量随温度的升高而升高,膜清洗水通量恢复率较高。     

ZrO2-TiO2复合纳滤膜在模拟放射性废水中的应用

核工业、核研究及医疗等过程会产生大量的放射性废水,会对环境和生物体造成严重伤害,必须经过合适的处理后才能排放。采用高性能陶瓷纳滤膜处理模拟放射性废水,考察了跨膜压差、pH和离子浓度等操作参数对Co²⁺和Sr²⁺截留性能的影响,并对操作参数进行了优化。所用陶瓷纳滤膜材料为ZrO₂-TiO₂复合材料,截留分子量为500,纯水渗透率为270 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。研究表明,陶瓷纳滤膜对Co²⁺和Sr²⁺两种离子的截留率随着跨膜压差的升高而增大,膜的渗透通量随着跨膜压差的增大呈线性增加。pH变化时,截留率在一定pH范围内先降低后升高,在等电点（pH=7）附近达到最小值;pH=3的情况下,两种离子的截留率均达到最高,Co²⁺和Sr²⁺的截留率均在99%以上,而纳滤膜渗透通量保持稳定。离子截留率和渗透通量均随进料浓度的增大而减小,在2000 min的连续循环操作过程中,陶瓷纳滤膜材料的渗透通量及其对Co²⁺和Sr²⁺的截留率均维持在较高水平。陶瓷纳滤膜在放射性废水处理方面展现出了良好的应用前景。     

膜法在某核电站海水淡化系统中的设计应用

海水淡化技术是解决核电站淡水资源缺乏的一个重要途径。针对某核电站10 000 m³/d海水淡化系统的要求,采用“原水预处理(混凝沉淀+V型滤池)+反渗透预处理(超滤)+脱盐(两级反渗透)+后处理(矿化处理)”的处理工艺。其中混凝沉淀池总处理水量为1 800 m³/h;V型滤池滤速为9 m/h;超滤系统平均膜通量为72.9 L/(m²·h),回收率≥92%;一级反渗透系统平均膜通量为13.79 L/(m²·h),回收率45%,脱盐率≥99.3%;二级反渗透系统A平均膜通量为29.31 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;二级反渗透系统B平均膜通量为27.18 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;反渗透产水经过矿化设备,产水水质稳定能满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。该系统其运行成本为4.57元/m³。