聚酰胺反渗透复合膜的多巴胺改性研究

采用多巴胺对聚酰胺反渗透复合膜(RO)进行表面改性来提高膜的亲水性和耐污染性能。考察了不同改性条件(如多巴胺浓度、沉积时间、氧化剂添加)对膜水通量、盐截留、牛血清白蛋白(BSA)吸附的影响。研究结果表明,在碱性环境(pH=8.5)下多巴胺可以在RO表面发生氧化自聚、沉积形成聚多巴胺超薄层,适量氧化剂-过硫酸铵的加入可以加快多巴胺在RO表面的沉积;多巴胺改性后的RO膜水通量和盐截留均未有明显降低;水接触角测试结果显示,RO膜经多巴胺改性后的亲水性明显得到改善;X光电子能谱结果证明,多巴胺改性的RO膜成功引入了聚多巴胺层;扫描电镜对聚多巴胺改性的RO膜表面形态结构进行了表征;BSA吸附实验表明,聚多巴胺改性的RO膜能有效减少BSA的吸附。     

纳滤和反渗透膜形貌结构与膜性能关系探索

纳滤和反渗透膜表面形貌结构、亲疏水性的性质与膜脱盐率、水通量等性能存在一定关系。对几款商用纳滤、反渗透膜进行表面形貌结构、表面粗糙度、亲水性表征。结果表明,纳滤膜表面平整粗糙度低、亲水性强、脱盐率较低,但水通量高。反渗透膜表面存在大量疏松的峰谷结构,比纳滤膜粗糙度更大、亲水性强。对比两款海水反渗透膜,推测调整反渗透膜"叶片"大小和数量可调节反渗透膜的脱盐率和水通量性能。     

表面改性纳米二氧化钛-芳香聚酰胺复合反渗透膜的制备与表征

采用TMC对亲水纳米TiO2进行表面改性,然后添加在复合反渗透膜的聚酰胺层中,制备了改性纳米TiO2-聚酰胺复合反渗透膜。改性纳米TiO2使用红外光谱法(FTIR)和粒径分析仪进行表征;采用渗透试验,扫描电镜(SEM)、静态接触角仪、原子力显微镜等对复合膜的性能和结构分别测试和表征。结果表明,改性TiO2的表面接枝上酰氯基团,在有机溶剂中的分散性得到提高;SEM和AFM照片证实,TiO2在膜表面分布均匀,膜表面粗糙度增加;杂化复合膜亲水性也有一定程度的提高;膜性能测试结果证实了添加TiO2的复合膜水通量均高于纯聚酰胺膜,同时脱盐率变化很小。当改性TiO2的添加量为0.05%(m/v)时,水通量由11.21 L/(m2.h)提升到32.61 L/(m2.h),对NaCl截留率达到98.9%。试验结果表明,改性TiO2很好地分散在聚酰胺层,提高了水通量,还保持了高脱盐率,膜性能得到提高。     

多巴胺改性的聚酰胺低压反渗透膜性能优化研究

研究了界面聚合中多巴胺对聚酰胺低压反渗透复合膜性能的影响,对影响膜性能的其他重要参数,如水相溶液组份浓度、p H、有机相溶液组份浓度,进行了优化研究。采用全反射红外光谱和X射线光电子能谱仪对低压反渗透膜表面化学结构组成进行了分析;扫描电子显微镜和原子力显微镜则对膜表面微观形貌结构做了表征;此外对膜片的表面亲水性和荷电性也做了测试;分析了膜表面微观结构和脱盐性能之间的构效关系。     

高性能海水淡化反渗透膜的制备及其性能研究

通过对聚砜多孔支撑膜皮层孔型结构的调控,制备了2种性能优异的海水淡化反渗透膜,并利用SEM、AFM和FTIR等技术对其结构和性能进行了系统研究;模拟海水条件下,对由相应膜片卷制的海水淡化用膜元件的耐温性和耐盐度稳定性进行了系统评价。并以国外高性能海水淡化反渗透膜为参照进行了对比评测。结果表明,聚砜多孔支撑膜的孔型结构可以作为调控聚酰胺脱盐层结构并开发高性能海水淡化反渗透膜的有效手段;所制备的海水淡化反渗透膜膜片脱盐率最高超过99.90%,且耐温度稳定性好。相应膜元件除具有优异的脱盐率和水通量性能外,还具有较强的耐高温和耐高盐度冲击能力,并且其耐酸碱清洗能力远优于参照膜元件。     

纳米聚苯胺改性聚哌嗪酰胺纳滤膜的制备

以导电态纳米聚苯胺(PANI)为添加剂, 哌嗪和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体, 通过界面聚合反应在聚砜超滤膜上形成复合层制备纳滤膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等对复合膜的性能和结构分别进行了测试和表征。SEM照片证实PANI含量低时, 可以在复合膜上分布得比较均匀;AFM图像看出膜表面粗糙度的增加;膜性能的测试结果证实了添加PANI的复合膜水通量得到了提高, 同时脱盐率也有变化。最优实验条件下, 膜对Na₂SO₄、MgSO₄、MgCl₂和NaCl的截留率分别为99.4%、98.5%、85.4%和59.2%。试验结果表明, 加入PANI能够提高膜的水通量, 并提升了膜的脱盐性能。     

石墨烯改性复合反渗透膜的结构和性能研究

在聚砜铸膜液中加入石墨烯分散液(GDN),以纯水为凝固浴,采用浸没沉淀相转化法制备支撑层,并以界面聚合法制备复合反渗透膜,利用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、接触角测量仪等技术对支撑层和复合反渗透膜结构和性能进行表征测试。结果表明,GDN可以有效提高多孔支撑层表面皮层厚度,当PS铸膜液中GDN添加质量分数为0.1%时,复合反渗透膜水通量最高,接触角最低,在牛血清蛋白水溶液中测试通量衰减幅度最小。制备的复合反渗透膜具有表面粗糙度小、亲水性好和耐污染能力强等优点。     

部分嵌入式静电自组装改性聚酰胺反渗透膜

针对聚酰胺反渗透膜(RO)抗阳离子表面活性剂污染能力差的难点,提出改变反渗透膜表面荷电性方法,以聚乙烯亚胺(PEI)的乙醇溶液为电解质溶液,利用部分嵌入式静电自组装法对聚酰胺反渗透膜进行改性。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、接触角和固体表面Zeta电位对改性反渗透膜的结构和性能进行表征。结果表明,FE-SEM图像显示膜表面形态没有发生变化;XPS元素分峰和含量分析证明了PEI成功组装在反渗透膜上;接触角验证了改性后膜的亲水性增加,Zeta电位证实了改性后膜的荷负电性减小。改性后膜通量和脱盐性能均增加,抗污染性能得到显著改善,并具有耐酸碱稳定性(pH 2～11)。     

多巴胺及KH-561改性PVDF超滤膜的制备及性能

采用聚多巴胺与亲水物质前驱体同步水解的方法,在膜表面生成杂化涂层,通过调整3-(2,3-环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷(KH-561)与多巴胺的配比,制备了PVDF超滤改性膜。测试了杂化涂层对改性膜的表面形貌、亲水性、纯水通量、截留率等性能的影响。结果表明,杂化涂层不仅提高了改性膜的表面亲水能力,也改善了膜内部孔道的亲水性,PVDF改性膜的水接触角降至37.8°。膜水通量达到174 L/(m²·h),蛋白截留率达90%以上。杂化涂层在膜表面形成一层水膜,使膜具有良好的抗污染性能,改性膜的衰减系数最低可达0.19。     

新型PVA/PA复合膜的微结构及其成膜条件

将不同材料分别用作复合膜的分离层和支撑体,是制备优良选择渗透性分离膜的重要方法之一.采用浇铸工艺将具有亲水性和高分离因子的聚乙烯醇(PVA)涂覆在高度透水性的反渗透(RO)聚酰胺(PA)膜表面,制备成渗透汽化(PV)分离有机物水混合物的PVA/PA复合膜.扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)以及红外光谱分析表明,PVA-PA层结构为一体化,膜表面光滑、致密,分离层上的微囊高度下降到4 nm左右.可以认为膜的优异传质性能取决于良好微结构包括PVA的化学交联和膜的结构形貌.铸膜液中PVA和交联剂的浓度以及热处理条件对复合膜分离性能的影响是明显的.这一新型的复合膜在环境温度下PV分离异丙醇(IPA)/水混合物的渗透通量(J)接近100 g·m-2·h-1,渗透物中的水含量(CP-H2O)大于99.5%.     

海水反渗透膜耐氯及抗菌稳定性评价

提出一种海水反渗透膜耐氯及抗菌稳定性评价的方法,选取一种海因衍生物改性的海水反渗透膜,评价其性能的稳定性,并结合反渗透膜微观结构(表面形貌、表面电位、红外光谱、表面亲水性)的变化情况进一步揭示微观结构变化和对其宏观性能的影响。结果表明,经过4周海水工况及强氯化条件(质量浓度2 mg/L活性氯)下连续运行,反渗透脱盐率可保持在95%以上,水通量下降了57%,膜表面抑菌性一直保持在98%以上;从微观结构上看,膜表面功能团吸收峰没有发生明显变化,亲水性略有下降,表面电位相对具有较大变化,等电位点逐渐向高pH方向移动,微观结构的变化能合理解释膜的性能变化的原因。     

聚电解质静电沉积改性制备高性能反渗透膜

利用次氯酸钠溶液对商品反渗透膜表面进行氯化处理,然后将聚阳离子电解质壳聚糖通过静电吸附作用沉积在RO膜的表面,系统地研究了氯化过程的p H、氯化时间、次氯酸钠浓度、壳聚糖浓度及其沉积时间对膜性能的影响,以制备出高通量、高截留率的RO膜。在压力1.55 MPa、原料液温度(298±1)K的条件下,测定RO膜处理2000μg·g-1氯化钠溶液的水通量和截留率。结果表明,当p H=9、氯化时间为30 min、次氯酸钠浓度为1000mg·L-1时,水通量较原膜提高了约19.89%,截留率略有提高;当壳聚糖浓度为0.1%(质量分数)、沉积时间为30 min时,改性膜的接触角降低到34.88°,亲水性提高,水通量较氯化后的RO膜几乎保持不变,为60.55 L·m-2·h-1,截留率达到了99.56%。经过氯化和沉积改性后的RO膜水通量和截留率均得到了提高。     

聚四氟乙烯中空纤维膜的多巴胺自聚表面改性及性能研究

通过多巴胺的自聚附着行为,对聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜进行亲水改性。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)和接触角(CA)对膜改性前后的表面形貌、化学组成和亲水性进行了表征。研究了改性条件对膜纯水通量的影响,并以牛血清蛋白(BSA)溶液为污染物考察了改性前后膜的抗污染性能。结果表明,多巴胺被成功引入PTFE膜表面,改性12 h时膜表面的F元素含量降低2.14%,O元素含量增加3.06%。膜的亲水性得到显著改善,水接触角由改性前的110°降低至改性后的80°。改性8 h时,纯水通量达原膜通量的1.5倍。改性前后膜孔径变化不大,但改性后的PTFE膜具有更好的抗污染性能,清水清洗后的通量恢复率在90%以上。     

高通量海水淡化反渗透膜制备研究

通过分别向界面聚合过程中引入3-氨基苯磺酸-三乙胺盐(3-ABSA-TEA)及2,4-二氨基苯磺酸-三乙胺盐(2,4-DBSA-TEA)添加剂调节膜功能层结构,制备高通量海水淡化反渗透膜。研究了加入氨基苯磺酸盐添加剂对膜特性的影响。结果表明,水相中投入质量分数3.1%的3-ABSA-TEA或2,4-DBSA-TEA时,膜水通量分别提升17.4%和23.6%,且不降低膜脱盐率。2种添加剂均能使改性膜表面更加平整均匀;且低p H条件具有更高的表面电势,在测试区间内表现出更大的电位变化速率。2种以添加剂改性的膜均对牛血清白蛋白表现出优良的耐污染性能。     

聚电解质静电沉积改性制备高性能反渗透膜

利用次氯酸钠溶液对商品反渗透膜表面进行氯化处理,然后将聚阳离子电解质壳聚糖通过静电吸附作用沉积在RO膜的表面,系统地研究了氯化过程的pH、氯化时间、次氯酸钠浓度、壳聚糖浓度及其沉积时间对膜性能的影响,以制备出高通量、高截留率的RO膜。在压力1.55 MPa、原料液温度（298±1）K的条件下,测定RO膜处理2000 μg·g^-1氯化钠溶液的水通量和截留率。结果表明,当pH=9、氯化时间为30 min、次氯酸钠浓度为1000 mg·L^-1时,水通量较原膜提高了约19.89%,截留率略有提高;当壳聚糖浓度为0.1%（质量分数）、沉积时间为30 min时,改性膜的接触角降低到34.88°,亲水性提高,水通量较氯化后的RO膜几乎保持不变,为60.55 L·m^-2·h^-1,截留率达到了99.56%。经过氯化和沉积改性后的RO膜水通量和截留率均得到了提高。     

聚异丁烯/聚丙烯腈复合纳滤膜的研究

制备了一种PIB/PAN复合膜,对该膜在乙醇溶液体系中的性能做了一定的基础研究工作,并采用FTIR、SEM、AFM和接触角对膜进行表征。结果显示PIB均匀地涂覆在PAN支撑膜上,形成一层无孔的致密层;随着涂覆的PIB浓度的增加,膜表面的平均粗糙度呈现先增大后减少的趋势,复合膜的亲水性和亲油性都变差;复合膜对纯水没有通量,而对乙醇具有一定的渗透通量,在PIB质量分数为0.8%的时候,复合膜对乙醇水溶液具有最佳的分离特性。     

石墨烯掺杂聚砜基正渗透膜的结构和性能

采用相转化法分别制备了掺杂有石墨、石墨烯和氧化石墨烯的聚砜正渗透(FO)膜支撑层,通过间苯二胺和均苯三甲酰氯间的界面聚合在支撑层表面制备了聚酰胺活性层。采用扫描电子显微镜(SEM)表征膜表面和断面的结构形貌,测定膜孔隙率和亲水性,考察不同掺杂物时FO膜的性能。结果表明,掺杂石墨烯和氧化石墨烯,支撑层断面结构更加疏松,孔隙率和纯水透过常数(PWP)明显增加,制备的相应FO膜性能得到改善,水通量增大。掺杂石墨则导致支撑层上表面变粗糙,断面结构密实,其孔隙率减小,PWP值降低,膜性能变差。其中,掺杂了氧化石墨烯的FO膜表现出最好的性能,水通量在活性层朝向驱动液侧(AL-DS)模式下可达37.10L/(m~2×h),相比无掺杂FO膜增加了38.7%。     

模板剂在反渗透膜制备中的应用及膜性能研究

研究了苯磺酸钠、四乙基氯化铵,β环糊精三种不同模板剂作为水相添加剂对反渗透复合膜性能及膜表面形貌的影响。实验发现添加一定量的模板剂有利于提高复合膜性能,在提高复合膜截留率的同时,水通量能提升近2倍。模板剂的结构影响膜性能,模板剂结构越对称,复合膜的性能越好。扫面电镜(SEM)显示随着模板剂含量的增加,膜表面形态从叶片状过渡到颗粒状。由添加模板剂所制备的复合膜具有优异的抗污染性能和耐氯性能,复合膜以100 mg/L牛血清蛋白+500 mg/L NaCl为进料液,1.05 MPa连续运行100 h后,复合膜仍然保持较高水通量;复合膜以100 mg/L有效活性氯+500 mg/L NaCl为进料液,在1.05 MPa连续运行40 h,仍然保持较高的水通量和截留率。模板剂的使用为今后高性能反渗透膜的制备指明了方向。     

PDA/MMT/PVDF超滤膜的制备及处理乳化油性能研究

以聚多巴胺(PDA)、硅烷偶联剂(KH550)改性蒙脱土为添加剂,采用非溶剂致相分离法制备聚偏氟乙烯(PVDF)共混超滤膜。利用SEM、接触角测量仪、测试水通量和BSA截留率等方法分析膜的结构与过滤性能。结果表明,KH550-MMT/PDA膜的过滤效果极好,水通量达到了893.67 L/(m²·h),截留率达到了91.14%。KH550-MMT/PDA的添加,能够改善膜的微观形貌结构,极大地提升了膜的孔隙率、截留率与水通量,显著降低了膜的接触角,极大地增强了膜的抗污染性能。在含油废水的实验中,过滤3种乳化含油废水的截留率均保持在90%以上,其中,煤油乳化油截留率为98.76%。     

反渗透膜的制备与性能优化

在介绍反渗透膜材料的发展史的基础上,首先介绍了反渗透膜制备单体多元胺、多元酰氯的发展状况。其次介绍了反渗透膜性能优化的几种方法包括界面添加反应剂、提升支撑层厚度,优化孔型结构、表面改性、溶液表面涂敷和化学表面接枝法。通过上述方法与界面聚合相结合可改善膜的性能,提高反渗透膜水通量、脱盐率以及抗氯性、抗污染性能。最后介绍了纳米材料在反渗透膜中的应用及其发展现状。