面向软化水处理的纳滤膜分离技术

很多领域需要软化水而并非脱盐水.利用纳滤膜对二价离子(Ca2 ,Mg2 ,SO42-)高截留和对单价离子(K ,Na ,Cl-)的低截留特性,可实现软化而不是完全脱盐,以适应各种领域对软化水的要求.阐述了纳滤膜的软水原理、软水用纳滤膜的性能与选用原则;介绍了水质、操作压力及产水率对纳滤膜软水性能的影响以及纳滤膜在制取软化的饮用水、工业软化水以及海水淡化等方面的应用;通过与石灰软化和离子交换软化的比较,分析了纳滤膜软水法的经济性.指出纳滤膜软水法是一种先进的经济的水软化技术,可克服反渗透的高能耗以及石灰软化和离子交换软化产生的废渣和废水对环境的污染.因此纳滤膜软水法具有很强的竞争力,广泛采用纳滤技术制取各种用途的软化水具有十分广阔的前景.     

国产纳滤膜淡化高氟苦咸水基础研究

实验选取两种国产纳滤膜NF2A和NF3A进行纳滤膜淡化高氟苦咸水的基础研究,考察操作压力、温度、进水pH、进水氟浓度、总含盐量(TDS)及运行时间对纳滤膜分离性能的影响,并测定膜的Zeta电位,同时简单比较两种膜.研究结果表明,两种纳滤膜处理高氟苦咸水的理想操作条件为:压力1.0～1.5 MPa,温度20℃,进水pH=6.5左右,在此条件下NF3A纳滤膜的脱盐率为79％,脱氟率为90％,产水通量为53 L/(m2·h),NF2A纳滤膜的脱盐率分别为73％,73％和71L/(m2·h),此外,随进水氟浓度和总含盐量的增大,纳滤膜的脱氟和脱盐率降低,同时得出两种膜在长期运行72 h内膜性能基本保持稳定,最后测得NF3A和NF2A的Zeta电位分别为-22和-18 mV.这项研究为国产纳滤膜处理高氟苦咸水的实际应用提供了技术数据,有利于国产纳滤膜的发展和完善.     

纳滤膜在海水淡化中的应用研究

海水淡化是解决淡水危机的主要方法之一,但由于海水的硬度、浊度和总固溶物含量均非常高,因而导致淡化水的能耗量和成本较高.本文采用纳滤膜法处理海水,考察纳滤膜分离性能随操作压力、操作温度、时间、水回收率等变化的影响及纳滤膜运行的稳定性.结果表明,采用纳滤膜技术可以降低海水的硬度和总固溶物的含量,减少结垢与污染,提高水回收率,有望实现海水淡化成本的进一步降低.     

国产纳滤膜用于苦咸水脱盐制备饮用水

对苦咸水进行了纳滤脱盐实验研究.采用模拟盐溶液,评估操作条件对国产商品化4040纳滤膜VNF2性能的影响,并与进口纳滤膜(ESNA1)的脱盐性能进行比较.结果表明,VNF2的渗透通量及脱盐率均随操作压力的增加而增加,随进水盐浓度的增加而减小;VNF2能够有效地将10 g/L的苦咸水脱盐至淡水水平,其产水中盐的质量浓度低于0.6 g/L,满足国家饮用水卫生标准对含盐量的要求(1 g/L);脱盐过程的操作压力低于1.6 MPa,该操作压力使脱盐设备能够采用工程塑料管道和阀门,从而使得设备组装及维护变得简单,并解决了设备防腐问题.     

复合纳滤膜的性能研究

采用电子束辐照的方法制备了聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDM)/聚砜(PSF)中空纤维复合纳滤(NF)膜.研究了PDM水溶液的浓度、预涂膜的干燥时间、辐照时间、辐照剂量等制备条件与纳滤膜截留性能的关系.实验得到中空纤维内压纳滤膜对1g/L MgSO4的截留率为84.8%,对0.5g/L NaCl的截留率为12.8%.对纳滤膜截留性能的研究表明:(1)纳滤膜对阴离子的截留率与香农半径的变化规律相同,而阳离子相反,阴离子的价态对截留率的影响较小,而阳离子的价态对截留率的影响较大;(2)纳滤膜可实现单糖与多糖分离;(3)纳滤膜能有效截留纺丝废水中的[Amim]Cl.采用流动电位法研究纳滤膜的表面动电现象,研究了浓度和压力对膜的表面Zeta电位和电荷密度的影响.结果表明,纳滤膜的表面流动电位的绝对值(|△E|)和表面Zeta电位的绝对值(|ζ|)均随电解质溶液浓度和压力的增加而减小;|△E|在不同电解质溶液中的顺序为NaCl>MgCl2>KCl>KBr>Na2SO4>MgSO4;表面电荷密度的绝对值(|σd|)随电解质溶液浓度的增加而增加,随压力的增加而降低.采用流动电位法研究了功能层结构与纳滤膜截留性能的关系.实验表明,流动电位法可用于研究复合纳滤膜的截留机理和功能层结构.流动电位法可以得到膜表面电学参数,如流动电位(△E)、Zeta电位(ζ)和表面电荷密度(σd),这些参数的变化与功能层交联时间和纳滤膜截留率的变化一致.复合纳滤膜的|ζ|按照NazSO4>MgSO4>MgCl2增加,同截留率的变化一致.带侧基单体交联后得到的纳滤膜的表面电性能参数的绝对值小于不带侧基单体的.     

纳滤与反渗透膜处理含锰废水的初步研究

采用纳滤膜、反渗透膜分离技术对含锰废水进行了试验研究.考察了纳滤膜的操作压力、纯水/浓水比值、Mn2+浓缩倍数、Mn2+截留率及膜通量之间的关系.试验结果表明:纳滤膜对含锰废水有良好的处理效果,一级纳滤膜对Mn2+离子的平均截留率大于98％;浓缩倍数和膜通量随操作压力的升高而升高,2.0 MPa时,浓缩倍数可以达到8.2倍,膜通量可达到28～32 L/(m2·h).一级纳滤产生的纯水用反渗透膜进一步处理,反渗透膜对Mn2+离子的截留率在97％以上,纯水Mn2+离子浓度在0.5 mg/L以下,可以达标排放.     

可应用于重金属废水处理的纳滤技术

纳滤膜对单价和多价离子具有选择分离性能。实验研究了纳滤膜的截留性能随测试溶液的浓度、温度、pH值和操作压力等纳滤操作条件的变化规律。考察了纳滤膜对重金属离子的截留情况，实验表明纳滤膜能够截留大部分重金属离子。     

哌嗪量对聚酰胺复合纳滤膜性能的影响

在界面聚合制备聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的过程中,研究了水相单体浓度和接触时间对膜性能的影响.水相单体采用哌嗪,质量分数范围为0.1%～0.5%,接触时间范围为60～120s.获得的系列纳滤膜分别进行了脱盐性能测试、红外光谱、表面Zeta电位等分析.结果显示,通过增加哌嗪单体含量或者延长水相接触时间,均提高了底膜中哌嗪的量,从52mg/m~2上升至389mg/m~2,同时,纳滤膜对氯化钙的截留率从4%上升至96%.结构分析后得出结论,界面聚合形成的聚酰胺量是影响纳滤膜对氯化钙截留率的主要原因.     

纳滤膜处理脱硫废水过程膜污染特性分析

利用纳滤装置对某电厂脱硫废水进行处理,判定主要污染物,研究纳滤膜污染特性.结果 表明,在运行过程中,纳滤膜通量在前18 h内由69.1 L/(m2·h)迅速降低至40.2 L/(m2·h),同时膜脱盐性能衰退,对Ca2+、SO42-和Mg2+的截留率呈现下降趋势.污染膜表面平均粗糙度从(5.94±2.13) nm增加至...     

MBR与NF联用净化微污染水源水研究

对纳滤膜在不同产水率条件下的净水性能和膜通量衰减过程,以及纳滤膜在产水率90％条件下的运行特性进行了分析.采用MBR作为预处理与纳滤膜联用,考察联用工艺对水中氨氮和有机物的去除效果,以及MBR膜和纳滤膜的污染情况.结果表明,相比于额定工况,纳滤膜在90％产水率条件下运行,对有机物的去除率和脱盐率分别降低4％和3.5％,仍具有优越的净水性能;膜通量衰减速度增加17％.研究同时表明,降低纳滤膜进水中有机物的浓度能够有效缓解纳滤膜的污染过程,使纳滤膜能够在90％产水率条件下保持较高的通量.MBR与纳滤膜联用对氨氮和TOC表现出良好的去除效果,在进水浓度为1.5 mg/L、3.5 mg/L时,出水分别降低到0.4 mg/L、0.2 mg/L.MBR通过去除水中的颗粒物和有机物,有效地缓解了纳滤膜的污染过程,在60天的运行中纳滤膜通量仅下降24.7％,但MBR膜TMP增长较快,试验中共进行了6次膜清洗.     

5-异氰酸酯异肽酰氯/ZnO/超支化聚酰胺纳滤膜的制备及性能EI北大核心CSCD

为获得大通量抗污染纳滤膜,通过5-异氰酸酯异肽酰氯(ICIC)与超支化聚酰胺(HBPA)在聚丙烯腈(PAN)超滤膜表面的界面聚合反应,将纳米氧化锌引入聚酰胺分离层制备ICIC/ZnO/HBPA纳滤膜。扫描电镜(SEM),X射线能谱分析证实ZnO的存在;接触角测试结果显示,引入ZnO后膜表面亲水性增强,最小接触角为22.7°。与未加ZnO相比,加入ZnO的膜通量增大了约2.6倍,为102 L·m^-2·h^-1,且对NaCl,MgCl 2,Na2SO4和MgSO4的截留率提高。随着ZnO用量的增加,膜对大肠杆菌抑菌性增强。适当增大单体含量或延长界面聚合时间有利于提高膜对无机盐的截留率,但截留率顺序发生变化。当HBPA含量为0.8%(质量分数,下同)、ICIC含量为0.1%、ZnO用量为0.02 g、反应时间为10 min时,制备的纳滤膜对NaCl,MgCl2,Na2SO4和MgSO 4的截留率分别为60.8%,96.4%,95.1%,96.7%,通量分别达到53,54.7,53.7 L·m^-2·h^-1和54.7 L·m^-2·h^-1。     

pH响应性乙烯-乙烯醇共聚物分离膜的纳滤特性

具有纳滤特性的pH响应性膜在小分子分离体系中具有广泛应用前景。文中以铸膜液浓度为25%的乙烯-乙烯醇共聚物(EVAL)超滤膜为基膜,接枝具有pH响应性的功能单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,制备pH响应性EVAL膜,通过考察膜对标准物聚乙二醇(PEG)与无机盐的截留性能,研究其纳滤特性。结果表明,当pH小于pKa时,pH响应性EVAL膜对聚乙二醇(PEG)与无机盐的截留效果均明显高于未接枝膜,接枝率6%的接枝膜对PEG 800、PEG 1000及PEG 2000的截留率均达到90%以上,对二价阳离子的截留率达到80%以上,无机盐的截留顺序为:CaCl_2MgCl_2MgSO_4NaClNa2SO_4。当pH大于pKa时,PEG及无机盐截留率明显下降,膜对PEG 1000的截留率由95.6%降至62.9%,对MgCl_2截留率降至30.6%,截留率及膜水通量变化存在显著的pH响应性。     

纳滤处理模拟电镀废水

分别以硫酸铜、氯化铜、硝酸铜溶液为模拟电镀废水进行了纳滤实验,所采用纳滤膜为Osmonics的DK、DL膜和日东电工的NTR-7450膜.实验表明,三种膜通量大小顺序为DL>DK>NTR-7450,随原料液浓度的增大膜通量降低,而膜对铜离子的截留率有升高的趋势;纳滤膜对各盐的截留率大小排序为硫酸盐>氯盐>硝酸盐.实验还考察了添加其它离子对纳滤膜通量和截留率的影响.结果表明,加入CaCl2后,对DL膜性能影响不显著;加入Na2SO4后,DL膜的通量变化不明显,截留率略有升高;加入EDTA能明显提高DL膜通量和对铜离子的截留率.     

层层自组装PDADMAC/PSS纳滤膜的制备

以荷负电的聚砜超滤膜为基膜,采用静态层层自组装技术,制备了PDADMAC/PSS多层聚电解质纳滤膜.考察了支撑盐的种类、浓度、自组装层数对膜的分离性能、荷电性能、亲水性等的影响.研究结果表明,以NaCl为支撑电解质制得的膜具有较高的性能,聚合电解质溶液中支撑电解质的浓度以0.5mol/L为宜;在较优的条件下所制备的(PDADMAC/PSS)5对2g/L Na2SO4的截留率可达93%,通量在1.0MPa下接近60L/(m2.h),对NaCl的截留率仅为9%～13%,通量可达80L/(m2.h).膜表面的荷电量和接触角的变化均反映了聚电解质的交替自组装.以PSS为最外层的膜表面具有很好的负电性和很低的接触角.随着双层数的增加,膜表面的负电荷量的绝对值先逐渐增大,达到一个极大值后又逐渐减少,说明层数并非越多越好;以PSS作为最外层的膜具有很好的亲水性.     

PSS／PAH聚电解质复合纳滤膜制备及其性能研究

采用LbL法在多孔PES基膜上制备了PSS／PAH聚电解质复合纳滤膜，利用SEM研究了复合膜的表面形貌，使用ATR-IR研究了复合膜在PES基膜上的生长规律，并研究了双层膜层数和组装时间对其离子截留性能的影响．研究表明，所制复合纳滤膜对不同的盐溶液的离子截留性能差异显著．如[PSS／PAH]5膜对1000mg／L的MgSO4溶液的截留率可达90％，但对1000mg／L的NaCl溶液的截留率仅为33％，故可应用于水溶液中一、二价离子的分离。     

巯基接枝氧化石墨烯/聚酰胺复合膜制备及反渗透脱盐性能

反渗透膜技术作为脱盐的核心技术,在海水和苦咸水淡化、超纯水制备、污水回水等领域具有广泛应用前景,但其渗透性-选择性之间的 “trade-off” 效应仍是限制反渗透技术发展的一大挑战。本研究将表面功能化(接枝巯基官能团)的氧化石墨烯(GO)掺入间苯二胺水相溶液中,通过水相间苯二胺和有机相均苯三甲酰氯界面聚合的方法制备出巯基接枝氧化石墨烯(GO-SH)/聚酰胺(PA)反渗透复合膜。利用TEM、SEM、EDS、FTIR和NMR对接枝后粉体进行表征,利用2 g·L?1 NaCl水溶液测试膜的脱盐性能,优化了界面聚合水相pH和反应时间的设定。研究结果表明,GO-SH能够更均匀地分散在PA中,优化后的pH为11,反应时间为4 min,当改性后粉体含量为0.09wt%时,复合膜水通量可达48 L·m?2·h?1,脱盐率达到99.6%,相较于本实验接枝前纳米材料复合的PA膜分别提高了30% 和2.54%。表面功能化的GO有效地解决了无机纳米粒子和有机聚合物的相容性,提高膜脱盐性能,有望进一步降低反渗透项目的运行成本。      

ZIF-8-NH2/有机硅杂化膜的制备及渗透汽化脱盐性能研究

石油和天然气开采、电厂脱硫及海水淡化等工业活动会产生大量的高含盐废水, 有效处理这些高盐废水是实现液体零排放的关键。本研究以多孔α-Al₂O₃陶瓷膜为支撑体, 将氨基功能化的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8-NH₂)填充到1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)中, 制得ZIF-8-NH₂/有机硅杂化膜, 将其应用于高浓度盐水渗透汽化脱盐, 并系统考察了ZIF-8-NH₂含量、进料温度与浓度等因素对其脱盐性能的影响。实验结果表明, 与BTESE膜及ZIF-8/BTESE杂化膜相比, 氨基功能化的ZIF-8-NH₂/BTESE杂化膜的水渗透率和盐截留率均有所提高。在连续50 h渗透汽化脱盐测试中, ZIF-8-NH₂/BTESE杂化膜表现出优异的结构稳定性, NaCl表观截留率始终保持在99.95%以上, 水渗透率保持在6.3×10^-11 m³/(m²×s×Pa)以上。此外, NaCl截留率几乎不受进料温度和进料浓度的影响, 在高盐废水处理领域表现出良好的应用前景。     

膜法染料废水处理试验研究

采用醋酸纤维素纳滤膜,对染料厂提供的高盐度、高色度、高CODCr的染料废水进行了处理试验研究。在纳滤膜对废水中染料的截留性能、废水中无机盐（NaCl）的透过性能、纳滤膜 对染料废水中不同分子量的有机物的截留性能、以及膜对染料废水的色度和CODCr的去除性能等方面作了详细的研究和讨论。初步的研究结果表明,纳滤膜技术能有效截留废水中的染料的有机物,而废水的无机盐则几乎100％透过膜,膜对废水的色度和CODCr的去除效果亦较佳,膜技术可有效实现对高盐度、高色度、CODCr的染料废水的处理。     

Phosphonium Modification Leads to Ultrapermeable Antibacterial Polyamide Composite Membranes with Unreduced Thickness

Water transport rate in network membranes is inversely correlated to thickness, thus superior permeance is achievable with ultrathin membranes prepared by complicated methods circumventing nanofilm weakness and defects. Conferring ultrahigh permeance to easily prepared thicker membranes remains challenging. Here, a tetrakis(hydroxymethyl) phosphonium chloride (THPC) monomer is discovered that enables straightforward modification of polyamide composite membranes. Water permeance of the modified membrane is ≈6 times improved, give rising to permeability (permeance × thickness) one magnitude higher than state-of-the-art polymer nanofiltration membranes. Meanwhile, the membrane exhibits good rejection (R_Na2SO4 = 98%) and antibacterial properties under crossflow conditions. THPC modification not only improves membrane hydrophilicity, but also creates additional angstrom-scale channels in polyamide membranes for unimpeded transport of water. This unique mechanism provides a paradigm shift in facile preparation of ultrapermeable membranes with unreduced thickness for clean water and desalination.