中空纤维纳滤膜制备与应用研究进展

中空纤维纳滤膜虽具有比表面积大、填充密度高以及可通过反洗减轻膜污染等优势，但是在工业领域应用程度却不及平板纳滤膜。其原因是中空纤维具有高弧度的表面特性，纳滤分离层易出现成膜不均、与基膜结合不强等问题，致使中空纤维纳滤膜规模化制造工艺难度提升。本文从制备与改性、工艺优化和应用三个方面综述了近年来国内外中空纤维纳滤膜的研究进展，通过分析不同制膜方法的特性，探讨制膜过程的技术难点与相应研究进展，为推进中空纤维纳滤膜相关研究提供参考。     

PES中空纤维含哌嗪-氟单体聚酰胺纳滤膜制备及耐氯性能

以聚醚砜(PES)-N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)-PEG200为铸膜液体系,制备了PES中空纤维超滤膜,讨论了空气段间距和芯液组成对PES中空纤维超滤膜的影响。选用PESUFB90中空纤维超滤膜为基膜,以0.5%(w/v)哌嗪(PIP)和0.5%(w/v)2,2-二(1-羟基-1-三氟甲基-2,2,2-三氟乙基)-4,4-亚甲基双苯胺(BHTTM)为水相溶液,0.15%(w/v)均苯三甲酰氯(TMC)为油相溶液,采用界面聚合法制备了PES中空纤维复合纳滤膜,利用SEM、AFM和动态接触角等表征了PES基膜和纳滤膜的性能,讨论了操作压力和盐浓度对PES纳滤膜分离性能的影响,测定了纳滤膜的孔径,考察了膜的耐氯性能。结果表明,界面聚合后PES膜的表面粗糙度提高;PES基膜的接触角大于纳滤膜的接触角,纳滤膜亲水性较好;纳滤膜的有效孔径约为0.5 nm;0.6 MPa下,纯水通量为31.2 LMH,对硫酸盐的截留率在90%以上。此外,经1000 ppm Na Cl O处理18 h后,膜通量和截留无明显变化,显示良好的耐氯性能。     

耐氯改性PMIA超滤膜的制备及其结构与性能研究

采用低温溶液法共缩聚反应合成了2,4-二氨基苯磺酸改性聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)共聚物,并以改性PMIA溶液为制膜原料,采用相转化法制备改性PMIA超滤膜,探讨了铸膜液PMIA浓度和凝固浴浓度对改性膜结构和性能的影响,研究了改性PMIA超滤膜的耐氯性能并与未改性的PMIA超滤膜进行对比。结果表明:由红外吸收光谱和核磁共振氢谱表征所制得的产物为目标产物,即第三单体2,4-二氨基苯磺酸被成功地引入到了大分子链之中;当铸膜液中改性PMIA质量分数为14%,凝固浴温度为20℃,凝固浴中N,N-二甲基乙酰胺质量分数为10%时,制得的改性PMIA超滤膜的综合性能最佳,其纯水通量可达352.19 L/(m²·h),对牛血清蛋白截留率为89.04%;改性PMIA超滤膜的耐氯性能在酸性、中性、碱性条件下均比未改性PMIA超滤膜的要好。     

中空纤维纳滤膜制备方法研究进展

现阶段国内纳滤膜的制备方法主要集中在相转化法和复合法。由于技术的限制,中空纤维纳滤膜的制备还处于实验室阶段。本文主要介绍了现阶段国内中空纤维纳滤膜的制备方法,以及国外中空纤维纳滤膜制备新方法——共挤出一步成型技术。     

PMIA/PDAPs复合超滤膜的制备与性能研究

以聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为制膜原料,以氧化自聚合法制备的聚多巴胺纳米粒子(PDAPs)作为改性剂添加到PMIA铸膜液中,通过相分离法制备PMIA/PDAPs复合超滤膜,研究了PDAPs含量对复合膜的形貌、结构及性能的影响。结果表明:PDAPs粒径集中分布在380～410 nm,当PDAPs质量分数小于等于0.2%时,PDAPs在PMIA基体中的分散性较好,并且在清洗后依然保留在膜体中;随着PDAPs含量的增加,复合膜的水接触角先下降后升高,水通量先升高后下降,牛血清蛋白(BSA)截留率下降,可逆通量恢复率则不断提高;与纯PMIA膜相比,当PDAPs质量分数为0.2%时,复合膜的水接触角下降了11%,水通量由原来的337.4 L/(m~2·h)提高到410.4 L/(m~2·h),对BSA蛋白质分子的截留率由87%降低至83%,可逆通量恢复率由72.9%提高到84.7%,复合膜表现出良好的亲水性和抗污性能。     

中空纤维纳滤膜与反渗透膜的研究

根据界面聚合反应成膜原理,以哌嗪(PIP)或间苯二胺(m-PD)水溶液为水相,均苯三甲酰氯(TMC)正己烷溶液为有机相,以聚砜中空纤维超滤膜为基膜,制备了一系列聚酰胺/聚砜纳滤或反渗透复合膜.研究了水相浓度、有机相浓度、界面聚合时间和温度等条件对复合膜性能的影响.结果表明:中空纤维纳滤复合膜在0.4 MPa、室温条件下,对2 g/L MgSO_4水溶液的通量可达36.64 L/(m~2·h),截留率为97.2%;中空纤维反渗透膜在0.7 MPa、室温条件下,对0.5 g/L的NaCl水溶液通量可达12.2 L/(m~2·h),截留率96.5%.     

PMIA纤维负载MnO_x催化剂的制备及性能研究

以乙酸锰为前驱体制备了纳米MnO_x催化剂,对其结构及脱硝性能进行了表征分析。以聚多巴胺(PDA)为高分子粘结剂修饰聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维,再浸渍于MnO_x催化剂分散液中进行催化剂负载,探索了催化剂的最佳负载工艺条件,并对比了负载前后纤维力学性能的变化。结果发现,制得的纳米MnO_x催化剂分散粒径均在100 nm以下,催化剂在100~140℃范围内脱硝率可达95%以上;催化剂的负载并未影响PMIA纤维的优良性能;最佳负载条件为:多巴胺质量浓度为2 mg/ml,催化剂质量分数为0.4%,浸渍时间为40 min。     

UHMWPE/EVA中空纤维膜的制备及性能研究

通过在超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纺丝液中添加不同含量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA),采用热致相分离法制备了UHMWPE/EVA中空纤维膜,实现对UHMWPE中空纤维膜的亲水改性,并通过扫描电子显微镜、接触角测量仪、差示扫描量热仪、万能材料试验机等对中空纤维膜的结构与性能进行了表征,采用自制UHMWPE/EVA中空纤维膜过滤装置对中空纤维膜的过滤性能及防污性能进行了评价。结果表明:随着EVA含量的增加,UHMWPE/EVA中空纤维膜的断面结构变得致密,熔点及结晶度下降,接触角减小,亲水性提高,但其拉伸强度有所下降;随着EVA含量的增加,UHMWPE/EVA中空纤维膜的孔隙率增大,但随着EVA添加质量分数(相对UHMWPE质量)进一步增大到20%,孔隙率则随之下降;当加入EVA质量分数(相对UHMWPE质量)15%时,UHMWPE/EVA中空纤维膜的纯水通量和截留率以及水通量回复率均达到最大值,即其纯水通量为435.77 L/m~2·h,对牛血清蛋白及碳素墨水的截留率分别为68.5%和93.95%,水通量回复率达94.66%;UHMWPE/EVA中空纤维膜中,EVA的最佳添加量其质量分数(相对UHMWPE质量)为15%。     

高渗透性YSZ中空纤维陶瓷微滤膜的制备

采用相转化和高温烧结相结合的方法,并在纺丝过程分别以水和乙醇作为芯液和外凝固浴制备了多孔氧化钇稳定氧化锆（YSZ）中空纤维陶瓷膜,对制备的中空纤维膜微观结构、孔径分布和孔隙率、纯水通量和氮气渗透性等进行了表征。结果表明：制备的YSZ中空纤维膜为多孔非对称结构,由外部薄的海绵状多孔皮层和内部大的指孔层构成。在1350℃保温4h烧成制备的YSZ中空纤维膜表现出高渗透性,在0.10MPa压差下的纯水和氮气渗透性分别达到43.0m^3/（m^2·h.MPa）和8345.7m^3/（m^2·h·MPa）。     

国内外纳滤膜制备新技术

简述了纳滤膜及其制备工艺的特点.根据目前国内外纳滤膜制备新技术情况从转化法、复合法和共混法三个方面详细报道了该领域的技术进展.展望了这些技术的应用前景,并指出了该技术领域未来发展应注意的问题.     

荷负电手性壳聚糖纳复合滤膜的制备与性能研究

以聚砜超滤膜作为基膜,以壳聚糖和壳聚糖衍生物的混合物为功能层制备纳滤膜。P2-5复合纳滤（NF）膜对Na2SO4的截留率为93%,相应的通量501.3 L/（m2·h）。电荷效应对NaCl几乎没有影响,而对Na2SO4影响显著。该膜为典型的荷负电膜,适合分离高价阴离子。     

PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜的制备与性能研究

采用经十六烷基三甲基溴化铵有机改性的钠基蒙脱土(Na-OMMT)对间位芳香族聚酰胺(PMIA)进行改性,并采用刮涂法制得PMIA/Na-OMMT纳米复合薄膜,对复合薄膜的形貌结构及性能进行了表征。结果表明:当Na-OMMT质量分数小于等于1.5%时,Na-OMMT在PMIA基体中的分散性较好;当Na-OMMT质量分数为1.5%时,PMIA/Na-OMMT纳米复合薄膜的电压击穿强度为106.48 kV/mm,比纯PMIA薄膜提高了26.73%,表面电阻率为1.25×10~(14)Ω,体积电阻率为7.86×10~(15)Ω·cm,均比纯PMIA薄膜显著提高;随着Na-OMMT含量的逐渐增加,PMIA/Na-OMMT纳米复合薄膜的热膨胀系数减小,光学透过率逐渐减小,对紫外光的阻挡作用有较大提高,拉伸强度先增大后减小,当Na-OMMT质量分数为1.0%时,拉伸强度达到最大值,为108.12 MPa。     

中空纤维纳滤膜产业化可行性研究

中空纤维膜兼以其填充密度大,占地面积小等优势,自其开发以来迅速占领了一席之地。纳滤膜能够截留离子及小分子有机物等独特的性能,在过去的几十年里发展迅速,成为一种重要的分离纯化技术。中空纤维纳滤膜结合了中空纤维及纳滤膜的优势,是一种还未市场化的新产品。本项目以中空纤维纳滤膜为出发点,引进新加坡国立大学的一体化成膜工艺,旨在建立一条从膜丝的生产到完整的膜组件产品的生产线,年产量将达到1000万。实现产学研结合,该生产线同时还能用于科研实验。     

陶瓷纳滤膜制备与应用研究进展

陶瓷纳滤膜以其优良的热稳定性、化学稳定性和机械强度等特性,在涉及高温、酸碱、有机溶剂等苛刻环境的过程工业领域具有广阔的应用前景。因此,陶瓷纳滤膜材料的制备研究已引起众多科研工作者的关注。本文综述了陶瓷纳滤膜在制备及应用方面的研究进展,着重介绍了溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、原子层沉积法及表面接枝等陶瓷纳滤膜制备方法。溶胶-凝胶法反应温度低、操作过程相对简单且精确可控,是目前国内外陶瓷纳滤膜制备的常用方法;化学气相沉积法及原子层沉积法则需借助气相化学反应在多孔基底表面进行材料沉积,从而修复缺陷,减小平均孔经;表面接枝技术可改变陶瓷膜表面亲疏水性,同时将陶瓷基膜孔径减小至纳滤范围。此外简单介绍了陶瓷纳滤膜的应用,并对未来陶瓷纳滤膜研究方向提出了建议,指出陶瓷纳滤膜微结构参数与分离性能之间的关系建立,以及探讨陶瓷纳滤膜在溶剂体系中的分离机理将成为今后一段时间内的研究热点。     

界面聚合制备埃洛石纳米管/聚酰胺纳滤膜

利用二乙烯三胺与均苯三甲酰氯在聚丙烯腈超滤膜表面的界面聚合反应,将埃洛石纳米管引入聚酰胺分离层中制备埃洛石纳米管/聚酰胺纳滤膜。傅里叶红外光谱及扫描电镜分析证实聚丙烯腈膜表面已形成聚酰胺分离层。水接触角测试结果表明,所有膜均为亲水性膜。埃洛石纳米管的加入量合适时,不仅可增大膜的脱盐率,同时可增大膜通量,呈现反"trade off"效应。增大反应单体浓度或延长反应时间,脱盐率均先增大后减小,通量则呈相反趋势。当二乙烯三胺和均苯三甲酰氯质量分数分别为0.6%和0.5%、埃洛石质量为0.01 g、反应时间为10 min时,制备的NF2膜在0.6 MPa下对NaCl、MgCl_2、Na_2SO_4、MgSO_4的脱除率分别为62.8%、84.4%、90.9%和90.7%,通量约为14.5 L/(m~2·h)。用于1 000 mg/L CoCl_2脱除时,对Co~(2+)的脱除率达89.4%。     

壳聚糖/聚丙烯腈复合纳滤膜制备及脱盐性研究

为了有效脱除水中阳离子,制备了聚丙烯腈纳滤膜和壳聚糖/聚丙烯腈复合纳滤膜。分别采用热重、红外光谱、扫描电镜和X射线衍射等方法对膜样品的热稳定性、表面官能团、微观形貌以及微结构进行了表征。考察了运行时间、进料浓度、壳聚糖复合等因素对钙离子的截留效果影响。结果显示:壳聚糖与聚丙烯腈膜间复合良好,复合使膜微结构趋于致密;随进料中离子质量浓度升高,纳滤膜对钙离子截留率先增后减;而复合壳聚糖不仅使Ca~(2+)离子截留率提高到近乎100%,同时也改善了抗污染性。     

新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜制备及其性能

高性能石墨烯基复合膜的制备是目前国际研究热点,但是石墨烯基纳滤膜在脱盐中水通量较低,限制其在脱盐中的应用。采用聚多巴胺(PDA)改性聚砜(PSF)膜为基膜,将还原氧化石墨烯(rGO)和超薄氮化碳(uCN)纳米片通过真空抽滤法在基膜表面自组装制备新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等研究uCN添加对膜结构和形貌的影响,并考察不同uCN添加比例、rGO用量及压力复合纳滤膜性能变化规律。结果显示当在100mg·L~(-1)的rGO中添加uCN为20 mg·L~(-1)时所制备的rGO/uCN复合纳滤膜不仅保持良好盐离子截留率(对Na_2SO_4截留率85.86%,对NaCl截留率30.17%),且水渗透系数是rGO膜的2.15倍(88.50 L·m~(-2)·h~(-1)·MPa~(-1))。     

纳滤膜研究与应用

采用界面聚合的方法制备了带正负两种电荷的新型复合纳滤膜。先将氯甲基化聚砜/聚砜共混膜季铵化得到正电荷的基膜，再通过2,5-二胺基苯磺酸(DIA)和均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反应得到荷负电的复合层，从而制备了QAPSF/PSF/DIA复合纳滤膜。实验测定了基膜和复合膜对单盐、PEG1000和PEG1000+NaCl混合系统的通量和截留情况，实验结果表明，复合膜对PEG1000的截留率达到86%,对盐的截留率不高，在0%～35%之间。还研究该复合膜对染料+盐系统的应用情况。实验结果表明QAPSF/PSF/DIA复合膜对活性翠蓝截留率达到100%,对二甲酚橙截留率达到96%,对染料截留率随染料分子量增大而增大。     

磺化聚醚砜纳滤膜性能研究

本文主要研究了磺化聚醚砜 (SPES)复合纳滤膜的性能。详细讨论了纳滤膜对不同溶质的分离特性 ;探讨了无机盐浓度 ,操作压力 ,溶液 p H值及磺化聚醚砜的离子交换容量(IEC)与膜性能的关系 ;并对纳滤膜的电性能进行了初步研究。研究结果表明 ,磺化聚醚砜复合纳滤膜为一荷负电性纳滤膜 ,对无机盐有较好的选择分离性能。磺化聚醚砜的离子交换容量 ,无机盐浓度以及操作压力对膜性能影响较大 ,且对于两性溶质 ,膜的脱除性能与溶液 p H值有关