高通量荷正电碳量子点杂化纳滤膜的制备及应用

为了提高纳滤膜的分离性能,以表面带有氨基基团碳量子点(Amino-functionalized carbon quantum dots,N-CQD)为填充粒子,采用界面聚合方法制备高通量荷正电杂化聚酰胺纳滤膜,并对N-CQD和杂化纳滤膜结构、形貌和性能进行表征分析.结果 表明:良好的亲水性和表面带有可参与界面聚合反应的...     

油相溶剂对PIP/TMC复合纳滤膜结构和性能的影响

以亲水改性后的聚四氟乙烯(PTFE)平板膜作基膜,采用不同配比的正己烷和环己烷作为油相溶剂,哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)分别作为水相单体和油相单体,通过界面聚合的方法在亲水PTFE平板膜上制备得到一系列的聚酰胺复合纳滤膜。研究正己烷和环己烷的配比对PIP/TMC复合纳滤膜的表面化学组成和微观形貌的变化规律影响;并通过优化制膜条件,制备出性能良好的PIP/TMC复合纳滤膜。结果表明:随着混合油相溶剂中环己烷含量的增加,油相溶剂和水相间界面张力逐渐增大,PIP/TMC复合纳滤膜截留率逐渐下降、渗透通量逐渐上升;当混合油相溶剂中环己烷和正己烷配比为25∶75,PIP的浓度为1.5 wt%以及TMC的浓度为0.4 wt%时,PIP/TMC复合纳滤膜的性能达到最佳,截留率为94.72%,渗透通量为3.5 L/(m~2·h)。     

纳滤技术及高分子纳滤膜的制备

纳滤技术是一种介于超滤与反渗透之间的新型分离技术,其优点在于不仅能截留分子量为数百的有机分子,而且对不同价态的离子其截留能力也不同.介绍了纳滤膜的传质模型(空间电荷模型、固定电荷模型和杂化模型等),比较了高分子纳滤膜各种制备方法的优缺点,重点介绍了界面聚合法制备高分子复合纳滤膜的过程、界面聚合所用材料、膜性能影响因素及该方法的特点,最后提出纳滤技术研究将朝着新型纳滤膜开发、集成工艺开发和过程优化等方向发展.     

纳滤技术及高分子纳滤膜的制备

纳滤技术是一种介于超滤波与反渗透之间的新型分离技术,其优点在于不仅能截留分子量为数百的有机分子,而且对不同价态的离子其截留能力也不同,介绍了纳滤膜的传质模型（空间电荷模型、固定电荷模型和杂化模型等）,比较了高分子纳滤膜各种制备方法的优缺点,重点介绍了界面聚合法制备高分子复合的滤膜的过程、 界面聚合所用材料、膜性能影响因素及该方法的特点,最后提出纳滤膜技术研究将朝着新型的纳滤开发、集成工艺开发和过程优化等方向发展。     

PA/PTFE复合纳滤膜的制备及表征

以聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜为基膜,间苯二胺(MPD)为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体,采用界面聚合的方法制备了聚酰胺(PA)/PTFE复合纳滤膜。用红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对复合纳滤膜化学结构和微观形貌进行分析,探讨单体浓度、聚合时间、热处理条件对膜结构性能的影响。结果表明,在操作压力0.5 MPa下,所制备的复合纳滤膜对1g/L Na2SO4溶液的脱除率为95%以上。     

芳香聚酰胺纳滤膜的制备及影响因素

以聚间苯二甲酰间苯二胺为原料，采用相转化法制备了芳香聚酰胺纳滤膜、实验重点考察了铸膜液固含量、溶剂蒸发时间、凝胶浴组成和温度、膜厚等因素对所制纳滤膜性能的影响．这些因素主要是通过改变膜表皮层中高聚物的胶束聚集体孔和空间网络孔的大小和数目来影响所制膜的性能．采用扫描电子显微镜（SEM）观察了膜的微观形态结构，表明所制纳滤膜具有典型的不对称结构．     

基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型构建与评估

纳滤净水技术是应对水资源危机和水质安全保障的核心技术之一。然而,纳滤膜性能长期受渗透性与选择性制约,亟需开发高性能纳滤膜。纳滤膜制备过程涉及水相单体质量分数、水相添加剂质量分数、油相单体质量分数、聚合时间等因素,传统的试误实验法需消耗大量的人力、物力与财力。依据纳滤膜制备参数,构建基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型。结果表明,XGBoost机器学习模型可有效预测纳滤膜纯水通量与截留性能,对纯水通量和截留性能的R²评价指标分别为0.84和0.90。采用SHAP值法对XGBoost机器学习模型中的输入参数进行量化分析,发现水相单体质量分数与基膜类型对纯水通量有最高的绝对平均SHAP值,分别为2.77与2.59,而面向纳滤膜截留性能的关键参数绝对平均SHAP值相对接近。单体子结构特征分析结果显示,亲水性子结构特征与支链型子结构特征有助于提升纳滤膜纯水通量,胺基则促进纳滤膜的截留性能。构建的纳滤膜预测筛选模型有助于关键参数的识别与优化,为纳滤膜的开发提供理论与技术指导。     

PDA/PIP二胺混合聚酰胺复合纳滤膜制备及性能表征

以聚砜超滤膜为基膜,通过间苯二胺(PDA)、哌嗪(PIP)与均苯三甲酰氯(TMC)界面聚合制备复合纳滤膜.研究了不同PDA/PIP比例下复合纳滤膜的分离性能、接触角、功能层化学结构及表面形貌特征,分析探讨了界面聚合条件对膜性能的影响.结果表明:随着PDA/PIP混合体中PDA含量的减小,功能层聚集态逐渐从部分结晶向无定形状态转变,导致膜面粗糙度及接触角减小,膜通量上升而截留率下降;PDA/PIP质量比为25/75时膜性能最佳,最佳聚合条件为:PDA、PIP和TMC浓度分别为0.5 wt%、1.5 wt%、和0.1 wt%,反应时间60 s,热处理温度及时间为80℃和3 min.最佳条件下所得纳滤膜对四种无机盐的截留效率为Mg SO4Na2SO4Mg Cl2Na Cl;相应通量大小为:Na ClMg Cl2Na2SO4Mg SO4.     

PDMS对PEI/TMC复合纳滤膜结构和性能的影响

以亲水改性后的聚四氟乙烯(PTFE)平板膜作基膜,正己烷为油相溶剂,聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)分别作为水相单体和油相单体,聚二甲基硅氧烷(PDMS)作油相的添加剂,采用界面聚合方法制得PEI/TMC复合纳滤膜。通过优化制备条件,制得高通量、性能良好的PEI/TMC复合纳滤膜。结果表明:随着油相添加剂PDMS的加入,PEI/TMC复合纳滤膜表面变得光滑且疏松,使得PEI/TMC复合纳滤膜的通量大幅度增加。当PDMS的浓度为0.4 wt%时,PEI/TMC复合纳滤膜同时具有较高的水通量和截留率;当PEI的浓度为1.0 wt%,TMC浓度为0.6 wt%,PDMS的浓度为0.4 wt%,热处理温度为70℃,热处理时间为10 min时,PEI/TMC复合纳滤膜对MgSO_4溶液的截留率达到了86.6%,水通量为12.8 L/(m~2·h),对不同的盐溶液按截留率从大到小依次为MgSO_4(86.6%)、MgCl_2(83.6%)、Na_2SO_4(77.7%)、NaCl(48.8%)。     

高截留性能复合纳滤中空纤维膜的制备与表征

为了提高膜的截留性能,将纳滤膜的独特分离效果和中空纤维的优点相结合,以中空纤维聚砜超滤膜为基膜,通过优势互补的协同效应制备高截留性能的中空纤维纳滤复合膜.探究聚哌嗪酰胺体系的可行性,并探索该体系的最佳涂覆方式;为了表征自制纳滤膜,测试其截留性能,还做了一些关于纳滤膜对不同价态的盐溶液和糖类的截留性能的研究.结果显示:涂覆中空纤维超滤膜的水相和有机相溶液浓度直接影响纳滤膜的截留性能,当水相溶液浓度为2.0%、有机相溶液浓度为2 g/L时效果最好,制得的纳滤膜的截留性能最好,对二价盐的截留率可高达98.02%;水通量能达到79.2 L/(m~2·h)制备过程中吹扫时间、流速,水相溶液循环速率及热处理等条件对膜的影响不是很大.     

单体配比对PI/PP耐溶剂复合纳滤膜结构与性能的影响

为提高纳滤膜的分离透过和耐溶剂性能,以间苯二胺(MPD)为水相单体,均苯四甲酰氯(BTC)与均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,通过界面聚合法及后续的亚胺化制备了聚酰亚胺/聚丙烯(PI/PP)耐溶剂复合纳滤膜;采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了复合膜表面组成、结构及性能,考察了水相与有机相单体浓度配比及有机相中TMC与BTC质量浓度比对膜结构及性能的影响。实验表明:当水相单体质量浓度为1.14g/L、水相单体与有机相单体摩尔浓度比为1.15∶1、有机相单体TMC与BTC质量浓度比为6∶4时,所制备的膜性能最优;在0.5 MPa的过膜压差下,膜通量为52.6 L/(m~2·h),对PEG-400的截留率为93.8%;在甲醇等8种常见有机溶剂中浸泡8 d后发现,复合膜的拉伸强度、水通量及截留率变化不大,说明实验制备的复合纳滤膜具有良好的耐溶剂性能。     

抗菌聚酰胺复合纳滤膜的制备及表征

为了提高复合膜的抗菌性能,以聚砜超滤膜为基膜,以超支化聚乙烯亚胺(PEI)为水相单体,以均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,制备出PEI/TMC抗菌性聚酰胺复合纳滤膜,并探究复合膜渗透性能和抗菌性能。结果显示:当PEI质量分数为2%、TMC质量分数0.1%、反应时间为5 min时,在1.5 MPa、25℃的条件下过滤0.1%的MgSO_4溶液,得到的膜渗透选择性能最佳,此时通量为55 L/(m~2·h),截留率为95%;以革兰氏阴性菌大肠杆菌以及革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌为细菌模型,采用接触振荡法进行测试,证明了PEI/TMC相比于传统的商品聚酰胺复合膜,具有非常好的抗菌性,对于浓度为10~3CFU/mL左右的细菌,抑菌率可达到70%～95%。     

平板纳滤膜和极细中空纤维纳滤膜表面Zeta电位的测试

为了研究平板纳滤膜表面Zeta电位测试中的最佳条件和极细中空纤维纳滤膜表面Zeta电位测试方法,以平板聚酰胺纳滤膜和醋酸纤维素中空纤维纳滤膜为研究对象,根据流动电位法原理,利用Sur PASS固体表面Zeta电位分析仪测试纳滤膜表面Zeta电位,并首次提出醋酸纤维素中空纤维纳滤膜Zeta电位测试方法.实验结果表明:纳滤膜样品测试前需要在超纯水中浸泡2 h以上;平板纳滤膜最佳测试压力为3 k Pa;平板膜样品池的流道最佳高度为100~110μm,测试流量在80~120 m L/min,样品测试结果的标准偏差小于2m V.醋酸纤维素中空纤维纳滤膜在测试前,通过调节样品填充的紧实程度控制测试流量在80~120 m L/min,测试结果的标准偏差小于1 m V.     

二氧化钛改性复合纳滤膜的制备及其性能

传统的聚酰胺(PA)复合纳滤膜是由哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)通过界面聚合的方式制备而成的,但通量较低、易污染等缺点一直制约着它的工业化发展.近年来,关于提高聚酰胺复合膜纳滤通量的研究有很多,例如在水相或油相中加入纳米粒子和多孔材料等.由于二氧化钛(TiO_2)结构和官能团的优势,选择亲水TiO_2作为纳米粒子添加剂加入哌嗪中和油相TMC发生界面聚合反应,通过表面元素分析、水接触角测试(WCA)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对膜表面的化学成分、亲水性及形貌进行表征.测试结果表明,当缚酸剂浓度达到3%时PA的水渗透性能最优,随着TiO_2的加入,膜的水接触角变小、亲水性增强,当TiO_2浓度达到0.2%时,纳米复合膜对硫酸钠溶液的通量达到20 L/(m2·h),截留率达98.73%.     

氧化石墨烯-聚酰胺(GO-PA)复合纳滤膜的制备及应用

以聚砜(PS)超滤膜为基膜,先通过哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)反应生成聚酰胺(PA)功能层,然后在PA功能层上涂覆氧化石墨烯(GO),制得氧化石墨烯-聚酰胺(GO-PA)中空纤维复合纳滤膜.系统地研究了GO的质量分数、热处理温度和热处理时间对纳滤膜性能的影响,表征了复合膜的表面形貌、官能团和亲水性.结果表明复合纳滤膜制备的最佳条件:GO的质量分数为0.05%,热处理温度为60℃,热处理时间为10 min.在此条件下得到的纳滤膜对1 000 mg/L的MgSO_4溶液的渗透通量和截留率分别为48L/(m~2·h),96.9%(0.4 MPa).对不同盐截留率的大小顺序为Na_2SO_4MgSO_4MgCl_2NaCl.经过GO改性后的GO-PA膜对印染废水的抗污染性能显著提升.     

聚砜中空纤维纳滤膜在Cr(VI)去除中的应用

采用紫外光辐照接枝法制备了2种聚砜中空纤维纳滤膜,重点研究它们在六价铬离子Cr(VI)去除中的应用.扫描电子显微镜(SEM)分析表明丙烯酸成功接枝到膜表面上;截留性能测试表明所制备的纳滤膜对无机盐的截留率顺序为:Na2SO4MgSO4NaClMgCl2,这与一般荷负电纳滤膜的顺序是相似的.考察了pH值、进料液浓度和操作压力对Cr(VI)去除效果的影响.结果表明:纳滤膜对Cr(VI)的截留率随pH值的增大而增大,当pH=10时,NF1和NF2膜对Cr(VI)的截留率分别为92.36%和95.62%;纳滤膜对Cr(VI)的截留率随着进料液浓度的增大而迅速减小,同时渗透通量也稍有下降;纳滤膜对Cr(VI)溶液的渗透通量随着操作压力的增大几乎呈线性增大的趋势,但截留率基本维持恒定.     

PEO正渗透膜的制备与表征

为提高正渗透膜的抗污染性能,以O,O′-二(2-氨基丙基)聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇和均苯三甲酰氯(TMC)为水相、油相反应单体在聚砜基膜上进行界面聚合,制备聚环氧乙烷(PEO)亲水型聚酰胺正渗透膜(PSf-Jeff/TMC复合膜),采用红外光谱、X光电子能谱和水接触角等手段研究选择分离层的化学结构和亲水性能,考察界面聚合时间、反应单体浓度和后处理温度等制备条件对正渗透膜渗透分离性能的影响,并以牛血清蛋白作为污染物分析其抗污染性能.结果表明:聚合时间30 s、TMC质量浓度1.5 mg/m L、水相单体质量分数3%、热处理温度为60℃时所制备的PSf-Jeff/TMC正渗透膜,在1 mol/L氯化钠、室温条件下测得水通量1.75 L/(m~2·h),反向盐通量140 g/(m~2·h);与间苯二胺复合膜PSf-MPD/TMC相比,PSf-Jeff/TMC复合膜接触角更小,亲水性能更好,具有一定的抗污染性能,通量恢复率达到91.4%.     

均匀设计法优化制备染料脱盐纳滤膜

以聚醚砜超滤膜为支撑膜,通过界面聚合方法制备出一种对染料具有良好脱盐性能的纳滤膜.实验以二甲酚橙/NaCl/水混合体系中的NaCl与二甲酚橙分离为研究对象,采用均匀设计方法安排实验,用SPSS软件处理数据得出了回归方程,然后通过对回归方程计算与进一步实验得出:当聚环氧氯丙烷胺与2,5-二氨基苯磺酸在无机相中质量分数分别为0.68%与0.4%,均苯三甲酰氯在有机相中的质量分数为0.4%,界面聚合时间为2.5 min时,膜对NaCl与二甲酚橙的分离因子可达到16.在优化条件下,实验考察了膜对二甲酚橙与4种无机盐的分离效果,结果表明膜对染料中的无机盐具有良好的脱除效果.     

NaCl/Na2SO4混盐溶液纳滤脱盐分质效果研究

为探究纳滤技术在工业高盐废水处理中的脱盐分质效果,在实验室搭建的纳滤装置上,采用纳滤膜VNF1-4040,研究了NaCl和Na₂SO₄混盐溶液的脱盐分质过程,考察了在不同质量浓度比混盐进料条件下膜通量、进料质量浓度、进料温度对纳滤脱盐效果的影响.研究结果表明,在所考察工况条件下,纳滤膜对Na₂SO₄始终有着良好的脱除效果,截留率保持在97.5%以上.对于质量比为1∶9 NaCl/Na₂SO₄混盐,其Na₂SO₄截留率均优于相同运行条件下的其它混盐溶液.膜通量越低,进料质量浓度和进料温度越高,NaCl截留率越低,脱盐效果越好.当膜通量、进料质量浓度和进料温度分别为26 LMH、2 g/L和10℃时,Na₂SO₄截留率最高,分别为98.41%、98.24%和98.80%.纳滤膜对混盐溶液中NaCl的分质效果较好,产水中NaCl的质量浓度占比保持在96%以上.     

小型直饮水系统中预处理工艺对纳滤的影响

以市政自来水为原水,对比研究了活性炭和微滤2种不同的预处理工艺对纳滤膜制备直饮水的影响.结果表明:微滤预处理工艺能够有效降低进水浊度,防止纳滤膜的生物污染,但由于其对水中有机物去除能力差,对防止纳滤膜的有机污染效果不大;活性炭预处理工艺可以显著减轻纳滤膜的有机污染,但随运行时间的延长,炭层内微生物滋生,出水细菌含量增高,会加剧纳滤膜的生物污染.通过2种预处理工艺连续运行对比,微滤后纳滤系统的膜通量在50 d后衰减为初始通量的45.3%,活性炭后的纳滤系统膜通量在50d后衰减到初始通量的72.3%.膜片污染物分析进一步证明活性炭作为预处理工艺时能够更好地控制纳滤污染.