静电喷雾制备NH2-UIO-66(Zr)复合纳滤膜及其性能研究

利用静电喷雾方法成功制备了聚乙烯亚胺(PEI)/均苯三甲酰氯(TMC)荷正电纳滤膜,并在此基础上引入NH₂-UIO-66(Zr),进一步提升了复合纳滤膜的性能。通过FTIR、SEM、EDS、Zeta电位等表征手段研究了复合膜结构、形貌和表面电荷,并采用错流测试装置对不同重金属溶液进行分离性能测试。结果表明,当MOFs的添加量为0.01 wt%时,制备出的复合纳滤膜性能最优,通量为8.9 L·m^-2h^-1 bar^-1,对NiCl₂的截留率为90%,较空白纳滤膜的通量提高26%且未牺牲截留效果。此外,NH₂-UIO-66(Zr)复合纳滤膜对Cu Cl₂的截留效果大于90%,且稳定性较好,该工作为制备荷正电纳滤膜提供了参考。     

氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜的层层自组装制备及其性能

氧化石墨烯（GO）的片层边缘含有 COOH等含氧官能团,因而带负电荷,可以在带正电荷多孔基体上通过层层自组装实现快速沉积。以由3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰的多孔氧化铝管式陶瓷膜为基膜,令GO和聚乙烯亚胺（PEI）以溶液形态在其表面交替沉积实现自组装,继以环氧氯丙烷（ECH）交联之,制备新型氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜。最佳制备工艺是,PEI浓度5 g·L^-1、pH=9,NaCl浓度0.3 mol·L^-1,GO浓度0.6 mg·ml^-1、pH 4.5,层数2层,ECH用量6.25 ml·L^-1,50℃条件下处理70 min。层数为1～4层的自组装膜在0.6 MPa操作压力下对2 g·L^-1的MgCl₂的截留率分别为90.16%、93.71%、97.54%、92.93%,其中1层自组装膜的渗透通量为21.92 L·m^-2·h^-1。氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜对4种无机盐的截留率大小为MgCl₂ >MgSO₄ > NaCl >Na₂SO₄,符合典型正电荷纳滤膜的特征。     

Fe3+交联聚乙烯亚胺-单宁酸复合纳滤膜研究

利用聚乙烯亚胺(PEI)、单宁酸(TA)与Fe³⁺之间的螯合作用,通过层层自组装技术,制备了PEI-TA复合纳滤膜,对其表面形态及性能进行了表征,并研究了TA、Fe³⁺含量和组装层数对膜性能的影响。结果表明,当PEI、TA、Fe³⁺的质量浓度分别为2、3、3 g/L,组装层数为6层时,复合膜性能为优。优化膜对Na₂SO₄、MgCl₂、NaCl的截留率分别为97.34%、65.46%、73.11%,水通量达24.91 L/(m²·h)。该复合膜制备工艺简单、绿色,在脱盐、水质软化等水处理领域具有应用潜力。     

自组装改性纳滤膜研究

荷电纳滤膜可以在膜表面吸附不带电或者携带异种电荷的微粒。本文采用荷负电的聚哌嗪酰胺纳滤膜和强正电载体聚乙烯亚胺(PEI)进行改性试验,PEI胶体通过自组装在膜表面形成致密层。针对不同的PEI质量分数、相对分子质量和反应时间,确定了优化条件。结果表明,经过改性的聚哌嗪酰胺纳滤膜对NaCl、NaF、MgCl2等无机盐的截留性能和膜的水通量均有所提高。     

氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜的层层自组装制备及其性能

氧化石墨烯(GO)的片层边缘含有COOH等含氧官能团,因而带负电荷,可以在带正电荷多孔基体上通过层层自组装实现快速沉积。以由3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的多孔氧化铝管式陶瓷膜为基膜,令GO和聚乙烯亚胺(PEI)以溶液形态在其表面交替沉积实现自组装,继以环氧氯丙烷(ECH)交联之,制备新型氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜。最佳制备工艺是,PEI浓度5 g·L~(-1)、pH(28)9,Na Cl浓度0.3 mol·L~(-1),GO浓度0.6 mg·ml-1、pH(28)4.5,层数2层,ECH用量6.25 ml·L~(-1),50℃条件下处理70 min。层数为1～4层的自组装膜在0.6 MPa操作压力下对2 g·L~(-1)的MgCl_2的截留率分别为90.16%、93.71%、97.54%、92.93%,其中1层自组装膜的渗透通量为21.92 L·m~(-2)·h~(-1)。氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜对4种无机盐的截留率大小为MgCl_2Mg SO4Na ClNa2SO4,符合典型正电荷纳滤膜的特征。     

GO改性纳滤膜在富集回收稀土离子中的应用研究

离子型稀土乃国家战略资源,研究浸矿尾水中离子型稀土的富集回收具有重大意义。采用实验室自制的氧化石墨烯（GO）改性纳滤膜和未改性纳滤膜分别对浸矿尾水中离子型稀土进行富集试验。结果表明,两种膜在进料流量为5～6 L/min、操作压力为0.6～0.8 MPa时,对离子型稀土的富集呈现最佳状态,而且GO改性纳滤膜对离子型稀土的富集效果优于未改性纳滤膜。且在最佳操作条件下,未改性纳滤膜和GO改性纳滤膜的水通量分别为15.5～37.35、23.3～48.3 L/（m²·h）;两种纳滤膜对浸矿尾水中稀土离子的截留率分别可达73.4%～89.6%,82.3%～99.2%。通过抗污染性能研究得出,GO改性纳滤膜在持续运行16 h后的纯水通量恢复率约高出未改性纳滤膜16.6%,说明经过GO改性的纳滤膜拥有更强的抗污染性能。     

国产纳滤膜脱除硝酸盐的试验研究

采用国产纳滤膜脱除水环境中的硝酸根离子,研究进液浓度、浓水流量、压力、温度等对纳滤膜的截留性能和通量的影响。结果表明,压力的升高有利于提高纳滤膜的截留率和产水通量,最佳压力为0.7 MPa,此时截留率和产水通量可达75.0%和153.7 L/(m²·h);适当的提升进水温度可以提高纳滤过程的截留率,最佳进水温度为39.3℃;进料浓度对截留过程有着显著的影响,进料浓度越低,纳滤膜的截留效果越好。     

聚电解质复合纳滤膜的制备及其截盐性能研究

采用静电诱导法，通过铸膜液中带负电的磺化聚醚砜(SPES)和凝固浴中带正电的聚乙烯亚胺(PEI)在相分离时形成的相互吸引作用，在聚醚砜(PES)膜表面形成聚电解质分离层，再经过交联处理和热处理制得聚醚砜复合纳滤膜。结果表明，当铸膜液中SPES/PES比例为4/17，凝固浴中加入的PEI分子量为10 000 g/mol时，所制得的纳滤膜在较低测试压力(0.3 MPa)下对硫酸镁(MgSO₄)和硫酸钠(Na₂SO₄)的截留率分别为91.1%、85.7%，对其溶液的渗透性能分别为71.4 L/(m²·h·MPa)、75.9 L/(m²·h·MPa)。     

荷正电季铵化壳聚糖/聚醚酰亚胺复合纳滤膜的制备及性能研究

以无纺布增强具有耐溶剂、耐热特性的聚醚酰亚胺(PEI)超滤(UF)膜为支撑层,具有荷正电性和良好成膜性的2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)为功能层,制备了一种荷正电HACC/PEI复合纳滤(NF)膜。考察了聚合物浓度、反应时间、交联剂浓度及交联温度等对所制备的复合纳滤膜性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)观察了该复合纳滤膜的表面形貌。结果表明:最佳制备条件下得到的HACC/PEI复合纳滤膜在0.3 MPa、20℃下对MgCl2具有较好的分离效果,其通量和截留率分别为10.9 L/(m2·h)和83.1%;另外,HACC/PEI复合纳滤膜呈现典型的荷正电特征,对二价无机盐具有较高的截留率。     

有机溶剂纳滤膜的润湿性对渗透和分离性能的影响

有机溶剂纳滤是一种绿色、高效、节能的新型膜分离技术,在回收和处理有机溶剂中具有广泛的应用前景。本文采用浸渍法分别将聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）、嵌段聚醚酰胺（PEBAX2533）和聚乙烯醇（PVA）与聚砜（PS）超滤基膜复合,制备了3种不同润湿性的聚合物耐溶剂纳滤膜,研究了PDMS/PS、PEBAX/PS和PVA/PS复合膜对甲醇、乙醇、异丙醇、正己烷、正庚烷的渗透性能,考察了3种聚合物膜对伊文思蓝/甲醇溶液的有机溶剂纳滤性能。结果表明,有机溶剂在不同润湿性复合膜的渗透和传递性能与溶剂本身的溶度参数、分子量、黏度和极性等有很密切的相关性,溶剂的分子量、黏度、分子动力学直径越小,在同一极性复合膜中渗透通量越大;对伊文思蓝/甲醇溶液的有机溶剂纳滤分离表明,PDMS/PS和PEBAX/PS复合膜的截留率均可达90%以上,通量分别为 58.0L/(m²·h·MPa)和72.2L/(m²·h·MPa);PVA/PS复合膜的截留率为85.1%左右,通量为57.5L/(m²·h·MPa)。     

基于MXene中间层的复合纳滤膜制备及其盐水分离性能研究

通过湿法化学刻蚀得到单层MXene纳米片后，采用旋涂法将MXene纳米片负载至基膜上作为中间层制备聚酰胺复合纳滤膜，并探讨了MXene不同负载浓度对复合纳滤膜通量及盐截留性能的影响。结果表明引入MXene作为中间层，使得圆泡状形貌在所得膜表面形成，当旋涂1 mL浓度为0.1 g/L MXene时，通量为24.2 L/(m²·h)，硫酸钠截留率为97.4%，相比传统膜(通量12.9 L/(m²·h)，硫酸钠截留率96.3%)性能提升明显。随着MXene旋涂负载浓度增加，通量逐渐减小，而硫酸钠截留率则存在先增加后减小再稳定的趋势，截留率最高可达98.8%(通量16.3 L/(m²·h))。     

聚酰胺/ZIF-8双层复合纳滤膜的制备及其性能研究

采用界面聚合和层层自组装法制备了具有双层分离层的聚酰胺/ZIF-8复合纳滤膜,并研究了界面聚合条件和ZIF-8自组装时间、层数对膜结构以及膜纳滤性能的影响。结果表明,具有磺酸基的界面聚合层和ZIF-8层通过配位键的化学作用具有很好的结合性。相对于只有一层分离层的聚酰胺膜,组装ZIF-8层后膜对甲基蓝的截留率有了明显提升;并且随着组装层数的增加,膜致密度增加,对于甲基蓝的截留率升高,但是通量有所下降。当ZIF-8层组装层数为2层时得到的复合纳滤膜,在0.5 MPa压力下,对于100 mg/L的甲基蓝溶液的通量为25.3 L/(m2·h),截留率达到96.5%,且分离性能保持稳定。     

利用纳滤膜分离精制饱和卤水的研究

针对饱和卤水直接制碱过程需要去除硫酸根、钙离子、镁离子（SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺）等杂质离子的问题,探索了利用纳滤膜分离精制饱和卤水新工艺。通过考察NF270、DL2540、ESNA1 3种类型纳滤膜的透过通量和离子截留率,确定了选用DL2540为实验用膜;分析了DL2540纳滤膜对离子的截留性能和对盐田饱和卤水的分离性能及其对饱和卤水精制的效果。结果表明,增加同离子浓度、降低压力有利于不同价态阳离子、阴离子间的分离,DL2540纳滤膜对盐田饱和卤水中SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别达到95%以上、30%~50%、30%~70%,对Na⁺、Cl^-截留率均低于15%,进一步证明DL2540纳滤膜具有较好的稳定性和二价离子截留效果,在饱和卤水精制上展示出较好的应用前景。     

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100 mg·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Na₂SO₄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)。     

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的制备及其纳滤分离性能的研究

本文以均苯四甲基酸酐(PMDA)、4,4-二氨基二苯醚(ODA)作为原料，在合成过程中加入氧化石墨烯进行掺杂，制备出氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜，并考察了其纳滤分离性能。结果表明，在1.6MPa，膜面流速为0.25m·s^-1，操作温度20℃的条件下，膜通量为46.9L·(m²·h)^-1,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别为91.21%和77.78%；对比相同条件下的纯聚酰亚胺纳滤膜，膜通量提升33.47%,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别提升了13.28%和18.98%。因为氧化石墨烯具有很高的比表面积，并且在表面具有大量的亲水基团等特殊结构，所以通过掺杂可以明显提高聚酰亚胺纳滤膜的分离性能。     

氯化聚氯乙烯复合纳滤膜的制备及其在模拟RB5染料废水处理中的应用

以氯化聚氯乙烯（CPVC）超滤膜为基膜,采用单宁酸（TA）和哌嗪（PIP）在CPVC膜表面共沉积后与交联剂均苯三甲酰氯（TMC）进行界面聚合得到PA/TA/CPVC复合纳滤膜,采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、红外光谱及接触角对PA/TA/CPVC复合纳滤膜进行了表征,并探讨了干燥时间、TA/PIP浓度比、TA+PIP总浓度、TMC浓度对PA/TA/CPVC复合纳滤膜微观结构与性能的影响。结果表明,TA/PIP浓度比最佳为7/3,TA/PIP层的最佳干燥时间为20min,PA/TA/CPVC复合纳滤膜的纯水通量随着TA+PIP总浓度的增加和TMC浓度的增加而减少,对PEG1000的截留率均在90%以上。PA/TA/CPVC复合纳滤膜纯水通量最大值为4.5L/(m² · h · bar),此时PEG1000的截留率达到95.8%。对模拟RB5染料废水的最大通量为4.3L/(m² · h · bar),此时RB5的截留率为95.4%,对模拟RB5染料废水的稳定性较好。     

ZrO2-TiO2复合纳滤膜在模拟放射性废水中的应用

核工业、核研究及医疗等过程会产生大量的放射性废水,会对环境和生物体造成严重伤害,必须经过合适的处理后才能排放。采用高性能陶瓷纳滤膜处理模拟放射性废水,考察了跨膜压差、pH和离子浓度等操作参数对Co²⁺和Sr²⁺截留性能的影响,并对操作参数进行了优化。所用陶瓷纳滤膜材料为ZrO₂-TiO₂复合材料,截留分子量为500,纯水渗透率为270 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。研究表明,陶瓷纳滤膜对Co²⁺和Sr²⁺两种离子的截留率随着跨膜压差的升高而增大,膜的渗透通量随着跨膜压差的增大呈线性增加。pH变化时,截留率在一定pH范围内先降低后升高,在等电点（pH=7）附近达到最小值;pH=3的情况下,两种离子的截留率均达到最高,Co²⁺和Sr²⁺的截留率均在99%以上,而纳滤膜渗透通量保持稳定。离子截留率和渗透通量均随进料浓度的增大而减小,在2000 min的连续循环操作过程中,陶瓷纳滤膜材料的渗透通量及其对Co²⁺和Sr²⁺的截留率均维持在较高水平。陶瓷纳滤膜在放射性废水处理方面展现出了良好的应用前景。     

基于聚电解质调控的多功能层复合纳滤膜的研究

研究利用改性的聚丙烯腈(hPAN)超滤膜为基膜,采用聚二烯二甲基氯化铵(PDDA)和聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS),通过层层自组装(LBL)法在hPAN膜表面吸附沉积生成聚电解质层,然后使用间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)通过界面聚合(IP)法生成1层聚酰胺(PA)层,从而制得具有多功能层的(PDDA-PSS)n-PA复合纳滤膜。结果表明,膜面电位和接触角的变化特征,证实了聚电解质调控膜性能的有效性。在0.8 MPa的过滤条件下,(PDDA-PSS)2.5-PA复合纳滤膜对无机盐的截留性能为:Na2SO4 Mg SO4 Mg Cl2 NaCl,纯水通量为29.72 L/(m2·h),而通过IP法制备的PA复合纳滤膜对4种无机盐的截留率和纯水通量(16.27 L/(m2·h))均低于(PDDA-PSS)2.5-PA膜。且(PDDA-PSS)2.5-PA也具有良好的抗污染特性。     

用于喷墨印花染料纯化的自组装GO/TiO2复合纳滤膜的制备

数码喷墨打印技术对墨水高纯度和低含盐量要求,不断促使染料纯化技术的开发与研究。基于氧化石墨烯(GO)/纳米二氧化钛(TiO₂)自组装的纳滤膜材料的开发,探究了纳米TiO₂颗粒尺寸和与GO共混比例,所获最优GO/TiO₂复合纳滤膜中TiO₂颗粒尺寸为60 nm,与GO共混比例为1∶1。其纯水通量为10.69 L/(m²·h·bar),对NaCl和Na₂SO₄的截留分别为12.6%和15.7%,对铬黑T、刚果红和考马斯亮蓝R的截留均高于99%。采用自制的连续恒容渗滤装置对粗品墨水进行染料脱盐浓缩的实验,所获染料的浓度由最初的2.0 g/L浓缩至9.74 g/L,NaCl和Na₂SO₄浓度则由起始10 g/L分别下降至5.3 mg/L和11 mg/L,满足数码印花对墨水高纯度以及低盐度的要求。     

一种新型荷电纳滤膜的制备及其在镁锂分离中的应用

以N,N-双(3-氨丙基)甲胺和均苯三甲酰氯为两相单体，通过调节水相添加剂及后处理PEI涂覆工艺制备了具有高性能的荷正电复合纳滤膜。在0.5 MPa,2 000 mg/L氯化镁进料液的条件下，该纳滤膜对氯化镁的截留率为98.6%，通量为63.5 L/(m²·h)。采用荷正电纳滤膜对模拟卤水进行测试，纳滤膜对Mg²⁺和Li⁺的截留率为93.8%和5.2%，渗透通量为52.3 L/(m²·h)，分离因子S_Mg,Li为0.065，表现出极佳的选择分离性。