两步法聚酰亚胺纳滤膜的制备——凝胶化过程对膜结构与性能的影响

采取两步法制备了聚酰亚胺(PI)纳滤膜。由于固液相转化法是制备纳滤膜最为广泛应用的方法,为改善加工工艺,文中在固液相转化前首先进行了凝胶化处理,然后再经过相转化制备了一系列聚酰胺酸(PAA)纳滤膜,最后通过化学亚胺化形成PI纳滤膜。XRD结果显示,PAA膜在19°左右显示出较尖锐的反射峰,不同溶剂对PAA诱导结晶产生凝胶结构的能力不同,其诱导PAA结晶的能力强弱关系为N-甲基吡咯烷酮(NMP)>N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)>N,N-二甲基甲酰胺(DMF),此步中凝胶强弱会导致其膜结构与性能的很大变化。使用NMP为溶剂并经过凝胶化处理的PAA膜具有最高通量和截留率,分别为98 L/(m2·h)和98%。化学亚胺化会使膜结构前后发生改变,PI膜的皮层变致密,并导致通量变小。     

可溶性聚酰亚胺膜的制备及其纳滤分离特性研究

聚酰亚胺具有优良的综合性能,本研究从二胺单体设计出发,制备了一种可溶性聚酰亚胺膜材料,并通过相转化等简易手段成功制备了聚酰亚胺纳滤膜.通过红外光谱等手段验证了聚酰亚胺膜材料的分子结构,膜材料既可以耐受常见的有机溶剂,也可以溶解在NMP等常见制膜溶剂中.制备的纳滤膜呈典型的非对称结构,可以有效地实现一价盐和二价盐分离,对相对分子质量为1 017的RB染料分子截留率高于92%.对相对分子质量为843的螺旋霉素的截留率高于92%.随着PEG分子量的增加,膜的截留率增加.对于不同的分离体系,膜的通量在10~34L/(m~2·h)之间.     

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.     

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.     

PVDF/PA管式复合纳滤膜的制备及后处理研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)管式超滤膜为基膜,无水哌嗪(PIP)为水相单体,均苯三甲基酰氯(TMC)为有机相单体,采用界面聚合法制备PVDF/PA管式复合纳滤膜.研究了管式复合纳滤膜制备过程中,水相单体的浓度、有机相单体的浓度等制备条件和用甘油后处理对膜分离性能的影响.结果表明,所制备的管式复合纳滤膜在0.4 MPa、25℃下对2 000 mg/L的MgSO_4水溶液的截留率为95.5%,对应的通量为48 L/(m~2·h).     

改性水滑石复合纳滤膜的制备及染料/盐分离性能研究

通过低饱和共沉淀法制备水滑石(LDH),采用反向原子转移自由基聚合(RATRP)法在水滑石片层表面接枝聚对苯乙烯磺酸钠(PSS),制备改性水滑石LDH-PSS,最后采用层层自组装法制备LDH/LDH-PSS复合纳滤膜,并研究复合纳滤膜对染料与二价盐的分离效果以及不同添加量和LDH/LDH-PSS层数对其性能的影响.分析复合纳滤膜对一价盐、二价盐以及活性黑的截留性能和膜的纯水通量,研究复合纳滤膜的分离性能.结果表明,复合纳滤膜的纯水通量随着水滑石和改性水滑石层数的增加而降低,复合纳滤膜的纯水通量最高达到145 L/(m~2·h·MPa).复合纳滤膜对活性黑5的截留率可达96.7%,且对二价无机盐MgSO_4的截留率低至20%以下.     

界面聚合法制备高通量复合耐溶剂纳滤膜

以聚酰亚胺(PI)超滤膜为支撑层,间苯二胺(MPD)、均苯三甲酰氯(TMC)分别为水相单体及有机相单体,通过界面聚合、化学交联和溶剂活化等步骤制备了聚酰胺(PA)复合耐溶剂纳滤膜.使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)表征PI超滤膜和复合纳滤膜的化学组成及表面、断面形貌.系统考察并优化了水相单体浓度、水相添加剂种类和环境湿度对于复合耐溶剂纳滤膜分离性能的影响.该复合耐溶剂纳滤膜在最佳制备条件下的乙醇渗透率可达45.9 L/(m~2·h·MPa),对罗丹明B(相对分子质量479)的截留率为99.8%,表现出优异的分离性能.所制备的复合耐溶剂纳滤膜在80℃的二甲基甲酰胺(DMF)中持续浸泡14 d后,分离性能基本保持不变,表现出优异的耐溶剂性能.     

交联法制备聚酰亚胺中空纤维纳滤膜

以不同分子量的聚乙烯亚胺(PEI)和小分子二元胺作为交联剂,对聚酰亚胺(PI)中空纤维膜进行化学交联来制备耐溶剂纳滤膜.考察了PEI分子量和交联时间对膜分离性能的影响.结果表明,膜分离性能随PEI分子量的增加变差,随交联时间的增加变好.用PEI600作为交联剂,交联时间为4h时,膜的纯水通量为8.3L/(m~2·h·MPa),对PEG1000的截留率为97.0%.3种小分子交联剂中,用乙二胺交联膜的分离性能较好,纯水通量为25.8L/(m~2·h·MPa),对PEG1000的截留率为82.6%.纳滤膜对药物三七总皂苷体系有良好的分离性能.     

交联聚酰亚胺耐溶剂超滤膜的制备及性能研究

以商品聚酰亚胺(PI)为原料,采用相转化法和化学交联制备了交联聚酰亚胺耐溶剂超滤(SRUF)膜,分别考察了铸膜液中的PI浓度、空气蒸发时间、刮膜厚度等因素对SRUF膜分离性能的影响,分析了各个因素对膜微观结构的影响,表征了SRUF膜在交联前后化学结构的变化,并考察了膜的耐溶剂性能.结果表明,最优的制膜条件为PI质量分数20%,蒸发时间20s,刮膜厚度130μm,乙二胺交联时间5h,此时PI超滤膜的纯水通量可达790.5L/(m2·h),对牛血清蛋白(BSA)的截留率为84.6%.所制备的SRUF膜在DMF中浸泡60天后,截留率仅下降2%,在DMF、NMP、DMSO、THF中浸泡3个月后,膜面没有明显变化,说明该膜具有优异的耐有机溶剂性能.     

聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯中空纤维复合纳滤膜的制备与性能表征

以聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(PDM)作为交联预聚物,利用双苄基试剂在聚砜中空纤维超滤膜表面进行季铵化反应(界面聚合),制得荷正电复合中空纤维复合纳滤膜.研究了PDM浓度、外加碱、溶剂、交联剂和交联温度等制备条件的影响.所制备的中空纤维纳滤膜对2g/L MgSO4的截留率≥98%,通量19.5L/(m2·h),界面聚合时间为3.5h.     

分子量对聚酰亚胺纳滤膜耐溶剂、耐高温性能的影响

采用两步法制备聚酰亚胺(PI)纳滤膜,探究了前聚体聚酰胺酸(PAA)分子量对制得PI膜结构与性能的影响.通过调控单体投料比得到不同分子量的前聚体PAA,经亚胺化得到PI膜,最后考察其耐溶剂耐高温性能.结果表明,随PAA分子量增大,PI膜表面由多孔变为致密,通量下降;在一定PAA分子量范围内,对固绿(MW808)的截留率上升,从68.2%增加到93.8%;当PAA分子量进一步增加时截留率保持不变.对制得PI膜进行耐溶剂耐高温测试,发现PI膜在有机溶剂和高温环境中均能保持较好的稳定性,并且随PAA分子量增大,PI膜的化学稳定性和热稳定性增强.由较高PAA分子量制备的PI膜在有机溶剂中对固绿截留率保持在85%以上,高温环境中几乎保持不变.     

PA/PMIA复合纳滤膜的制备及性能研究

以聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为膜材料，LiCl和水为添加剂，N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，通过相转化法制备PMIA超滤基膜.以哌嗪(PIP)为水相单体，均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体，通过界面聚合法制备PA/PMIA复合纳滤膜.考察了单体浓度对复合纳滤膜渗透分离性能的影响，结果表明，当单体浓度增加时，复合纳滤膜的水通量下降，Na₂SO₄的截留率增大；水相单体PIP质量分数为0.5%,油相单体TMC质量分数为0.07%,反应时间为30 s,后处理温度为70℃,后处理时间为3 min时，所制备的PA/PMIA复合纳滤膜的水通量为508.9 L/(m²·h·MPa),Na₂SO₄截留率为98.24%,酰胺(PA)层厚度为40 nm,接触角为44°;PA/PMIA复合纳滤膜在有机溶剂和酸碱中浸泡30 d后，仍保持稳定的Na₂SO₄截留率.     

TiO2纳滤膜的制备及其离子截留性能

以钛酸四异丙酯为前驱体,通过聚合溶胶路线制备出平均尺寸约1.2 nm的TiO2溶胶.采用浸浆法,经过一次涂膜,在平均孔径约为3nm的片状γ-Al2O3/α-Al2O3支撑体上制备出完整无缺陷的TiO2纳滤膜.详细考察了煅烧温度对非担载膜(TiO2粉末)和TiO2纳滤膜性能的影响.在350℃的煅烧温度下制备出孔径约为1.5nm的TiO2纳滤膜,该膜对PEG的截留分子量为890,纯水渗透通量为5.3 L/(m2 h)(8×105Pa,20℃);并详细考察了该膜对NaCl、CaCl2、Na2SO4、MgCl2和Ni(NO3)25种溶液的截留性能.结果表明,在pH=4,压力5×105Pa的条件下,Ti-350膜对0.025 mol/L CaCl2和MgCl2溶液的离子截留率分别达到96.5%和92.8%.     

聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯/聚砜中空纤维纳滤复合膜的研究

以聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)为表层材料,以对二氯苄为交联剂,聚砜(PSF)中空纤维超滤膜为基膜,通过界面聚合反应(季铵化反应)制备了荷正电中空纤维复合纳滤膜.研究了基膜、PDMAEMA、交联剂、溶剂、催化剂等和制膜工艺对复合纳滤膜截留性能的影响,从中总结出以聚电解质为交联预聚体制备复合纳滤膜的基本规律.首先用本体聚合的方法制备了PDMAEMA,采用中空纤维超滤技术精制PDMAEMA水溶液.PDMAEMA水溶液具有浓度、外加盐和pH的响应性.其凝胶层也表现出相同的特点.研究了以聚砜(PSF)平板膜为基膜时,PDMAEMA复合纳滤膜的制备条件.研究结果如下:此界面聚合反应在有机相中进行;较优的制备条件为:PDMAEMA浓度为2wt%,对二氯苄浓度为1%～1.5%(wt),应加入少量的NaHCO3来维持溶液的微碱性,室温下反应即可进行,反应时间为5h.另外,用辐照交联的方法制备了PDMAEMA平板型复合纳滤膜,所制备的纳滤膜对2g/LMgSO4的截留率为50%左右.中空纤维外压复合纳滤膜的制备实验包括以下内容:进行了中空纤维外压纳滤膜的基膜选择,研究了基膜对聚合物溶液的吸附行为;确定PDMAEMA涂层液的最佳浓度为0.75wt%;在PDMAEMA水溶液中加入0.148mol/L NaHCO3能提高纳滤膜对二价盐的截留率,但对通量的提高不大;往PDMAEMA水溶液中加入5%(v/v)乙醇能得到高通量、高脱盐率的中空纤维纳滤膜,对MgSO4的截留率≥98%,水通量可达19.5L/(m2·h)(内压膜),水通量≥20L/(m2·h)(外压膜);加入催化剂碘化钾(KI)使反应时间缩短为3.5h.荷正电的PDMAEMA中空纤维纳滤膜对无机盐的截留率顺序为:MgSO4＞MgCl2＞NaCl＞KCl＞KI,对阳离子的截留顺序为:Mg2 ＞Na ＞K ,对阴离子的截留顺序为:Cl-＞Br-＞I-.对蔗糖的截留率＞60%,对D-甘露糖的截留率为37.4%(外压膜)和32.2%(内压膜),并能有效软化自来水.对分子量大于300的小分子荷正电染料的截留率＞50%.纳滤操作条件影响纳滤膜对无机盐的截留性能.无机盐的浓度上升,纳滤膜的截留率和通量都略有下降;纳滤膜对无机盐的截留率和水通量随着操作压力的增大而增加.PDMAEMA复合纳滤膜表现出温度敏感性和pH敏感性.制备了PDMAEMA中空纤维内压纳滤膜,确定PDMAEMA溶液的浓度为0.75wt%,内压纳滤膜对无机盐的截留率和通量的变化与压力的关系符合高斯曲线.实验测试了PDMAEMA复合纳滤膜的耐溶剂性,所用溶剂为纯水,0.5mol/L HCl,0.5mol/L NaOH和30%H2O2(wt%).实验表明:PDMAEMA复合纳滤膜的杀菌性、耐碱性和耐氧化性较好,但不适于在酸性介质中保存和使用.     

PVC基中空纤维复合纳滤膜制备及其性能表征

以聚氯乙烯(PVC)中空纤维超滤膜为基膜,以哌嗪(PIP)为水相单体、均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,通过界面聚合法制备中空纤维复合纳滤膜。着重研究了水相涂覆后吹扫工艺对超薄分离层完整性及膜分离性能的影响规律,进而研究了各制膜因素的影响。所制备的纳滤膜在0.35 MPa,25℃条件下,对1 000mg/L硫酸镁(MgSO_4)水溶液的截留率为96.4%,相应通量为24.1L/(m~2·h)。     

聚醚砜纳滤膜对水中硒酸钠的去除研究

以聚醚砜(PES)为原料,采用相转化法制得PES纳滤膜,考察PES纳滤膜对硒酸钠的分离性能,并测定膜的水接触角、表面电动电位(Zeta电位)。结果表明,PES纳滤膜的水接触角为54.8°,Zeta电位为-64.8mV;在PES纳滤膜厚度为150m,致孔剂为PVP K30,溶剂挥发时间为5s条件下,对硒酸钠的截留率和通量分别达到79.6%和86.4kg/(m~2·h),具有较好的去除效果。     

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。     

戊二醛-硫酸混合交联壳聚糖/聚砜复合纳滤膜的结构与性能

以聚砜超滤膜(截留分子量10 000)为基膜,壳聚糖乙酸溶液为铸膜液,使用相转化法制备了戊二醛-硫酸混合交联壳聚糖/聚砜复合纳滤膜,并研究了壳聚糖浓度、戊二醛-硫酸混合交联剂等因素对该膜分离效果的影响.在操作压力1.6 MPa、流量30 L/h、20℃条件下,测得纯水通量为12.84 L/(m2.h),对2 000 mg/L的NaCl、MgCl2、Na2SO4和MgSO4的截留率分别为6.6%,94.5%,34%和80.4%,水通量依次为6.93,11.92,6.95和6.73 L/(m2.h);对分子量不低于280的有机物截留率高于90%;对0.01～0.1 mol/L KCl溶液在0.1～0.7 MPa下测定膜的流动电位为60～6 mV/MPa.电解质离子分离机理取决于膜与电解质离子之间的电荷作用.     

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.     

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).