压力驱动薄层复合膜中微孔基底的研究进展

压力驱动薄层复合膜（TFC）因其高分离效率和低能耗等优点,在水处理领域得到广泛应用。TFC膜的开发及性能提升可针对聚酰胺（PA）分离层和微孔基底两方面进行优化。其中,微孔基底对其上通过界面聚合（IP）形成的PA层的结构和分离性能具有重要影响。本文对NF/RO TFC膜中微孔基底的研究工作进行了评述。首先对两类微孔基底（相转化微孔基底和静电纺丝微孔基底）进行了概述,进而介绍了传统相转化微孔基底对IP过程的影响机理,并对相转化微孔基底的改性方法（聚合物共混、纳米材料掺杂、表面改性等）进行了总结,最后展望了共价有机框架（COFs）中间层表面改性微孔基底在构建高选择性、高渗透通量压力驱动TFC膜中的发展方向及面临的挑战。     

聚酰胺薄层复合膜的界面聚合制备过程调控研究进展

界面聚合法制备的聚酰胺薄层复合膜凭借着渗透通量以及分离选择性高、化学稳定性佳等优点在水处理等领域有着广泛应用。聚酰胺分离层的物理结构和化学性质决定着复合膜的分离性能,通过调控界面聚合过程来优化聚酰胺层的理化性质可提高复合膜的分离性能。本文聚焦聚酰胺分离层性质与复合膜性能之间的关系,从基膜改性、调控单体反应过程、聚酰胺层后处理三个方面综述了近年来调控界面聚合制膜过程的研究进展。通过分析单体传质对界面聚合反应的影响以及膜结构与性能间的构-效关系,总结了界面聚合制备聚酰胺复合膜的调控机理和方法,为进一步提升聚酰胺复合膜的分离性能提供理论依据和发展方向。     

界面聚合在渗透汽化膜分离领域的应用进展

蒸馏、萃取等传统分离方法能耗高,污染环境,而渗透汽化由于低能耗、高效、环保等优势,为共沸物、近沸点混合物的分离提供了新的思路,但渗透汽化膜制备过程中面临的最大问题是获得性能优异且稳定的膜材料。在众多制备方法中,界面聚合法具有反应活性高、常温下生成膜层稳定、制备活性层致密等特点而备受关注。通过对界面聚合过程的调控,可以优化活性层,从而制备出兼具高通量和高选择性的渗透汽化膜。本文综述了界面聚合的原理、在渗透汽化膜制备方面的优势和近年来国内外的研究进展,详细阐述了复合膜制备过程中底膜的选择与改性、界面聚合条件的调控对渗透汽化膜结构和分离性能的影响机制,并对界面聚合制备渗透汽化膜所面临的问题及前景进行了总结与展望。     

制备聚酰胺复合膜中界面聚合反应添加剂研究进展

聚酰胺复合膜以其优良的稳定性及良好的分离选择性成为水处理和化工分离领域应用范围最广的分离材料之一。聚酰胺复合膜一般采用界面聚合法制备,由于界面聚合反应活性高、反应参数多,致使界面层结构难以控制,膜的渗透性或选择性不理想。因此,如何有效调控膜结构,实现膜的高渗透性或选择性是目前面临的重要挑战。近期诸多研究表明,在水相或有机相中引入添加剂可以改变油水界面张力进而调控单体界面扩散速率及界面分布,或通过改变反应机理影响聚合反应速率,最终实现对界面层结构和膜性能的调控。本文从添加剂种类、性质和调控作用等角度总结了近年来添加剂对复合膜结构及性能调控的研究进展,分析了现有研究存在的问题,并建议从微观层面探究界面过程的物理化学性质以及开发高时间分辨率原位表征方法等。     

分离有机／有机混合物的PVA，CA系列膜及其渗透汽化性能研究（I）膜材料与成膜工艺

依据溶度参数原则和分离甲基叔丁基醚（MTBE）/甲醇（MeOH）混合物的选择渗透性,选择了聚乙烯醇（PVA）为复合膜的分离层材料,聚丙烯腈（PAN）、醛酸纤维素（CA）系列为支撑层的膜材料。初步讨论了膜材料和复合膜结构对分离性能的影响,给出了用不同成膜工艺制备的膜性能。获得了可用于有机/有机体系分离的性能优良的PVA/PAN和PVA/CA复合膜,以及CTA中空纤维渗透汽化膜。     

二次界面聚合法制备聚酰胺-脲-酰亚胺反渗透复合膜

本论文采用二次界面聚合法制备得到一种新型的聚酰胺-脲-酰亚胺反渗透复合膜。先将关键功能单体5-异氰酸酯-异酞酰氯（ICIC）与4-甲基-间苯二胺（MMPD）经单面界面聚合形成初生态的基膜,之后将关键功能单体N,N’-二甲基间苯二胺（DMMPD）与初生态基膜上残留的ICIC及未反应完的酰氯基团（-COCl）进行二次界面聚合,再经热处理、水漂洗制得一种新型的聚酰胺-脲-酰亚胺（MMPD-ICIC-DMMPD）反渗透复合膜。采用傅立叶衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）和X射线光电子能谱分析了膜活性分离层的化学结构,利用扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察了所成膜的表面形态,同时测试了膜的耐氯性能,并以单次聚合聚酰胺-脲（MMPD-ICIC）膜作对比。结果表明：采用二次界面聚合法在功能化基膜MMPD-ICIC上引入一超薄ICIC-DMMPD层,使得所成二次聚合膜MMPD-ICIC-DMMPD的活性分离层相对稍厚,表面更光滑,且亲水性和耐氯性能更好。     

聚酰胺复合正渗透膜的制备及其脱盐性能研究

通过溶液相转化法制备四种基膜,然后采用界面聚合法制备不同基膜的聚酰胺复合正渗透(FO)膜,并对其结构与性能进行表征。结果表明,正渗透膜基膜表面开孔率高、孔径分布均匀,且纯水通量大;在基膜中引入聚酯(PET)筛网使其厚度增大、孔隙率和纯水通量降低。基膜材料为聚砜(PSF)时,复合膜聚酰胺分离层较为疏松,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基膜材料,形成的分离层较为致密且具有典型峰谷结构,从而使反向盐通量更小。四种复合膜的正渗透纯水通量均大于10 L/m2·h,最高达20 L/m2·h。120 min连续正渗透脱盐实验表明,复合膜截盐率及其稳定性优于商用膜,尤其PET筛网支撑PVDF基复合膜的截盐率基本稳定在97. 5%左右,表现出良好的运行可靠性。     

功能性中间层对聚酰胺膜水处理性能影响

含聚酰胺层（PA）的复合膜自被发明以来，就广泛应用于纳滤（NF）、反渗透（RO）、正渗透（FO）等水处理领域。但是，聚酰胺膜的渗透性和选择性的相互制约使得对其的研究亟待产生新的突破。近年来，一种位于基膜和选择层之间的中间层成为膜制备研究的热点。这种中间层会影响聚酰胺层的形貌以及界面聚合过程，因而较先前的聚酰胺膜及纳米材料复合膜在通量及截留率方面均有一定提高，是解决目前聚酰胺膜渗透性和选择性矛盾的重要途径。综述了近年来有关中间层对聚酰胺膜水处理性能的影响和机理，介绍了基于有机涂层、纳米材料及二者结合的不同类型中间层的结构和性能，以及以此制备的聚酰胺膜的性能变化，为制备高性能的聚酰胺膜提供依据。     

聚酰胺复合正渗透膜的制备及其脱盐性能研究

通过溶液相转化法制备四种基膜,然后采用界面聚合法制备不同基膜的聚酰胺复合正渗透(FO)膜,并对其结构与性能进行表征。结果表明,正渗透膜基膜表面开孔率高、孔径分布均匀,且纯水通量大;在基膜中引入聚酯(PET)筛网使其厚度增大、孔隙率和纯水通量降低。基膜材料为聚砜(PSF)时,复合膜聚酰胺分离层较为疏松,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基膜材料,形成的分离层较为致密且具有典型峰谷结构,从而使反向盐通量更小。四种复合膜的正渗透纯水通量均大于10 L/m2·h,最高达20 L/m2·h。120 min连续正渗透脱盐实验表明,复合膜截盐率及其稳定性优于商用膜,尤其PET筛网支撑PVDF基复合膜的截盐率基本稳定在97. 5%左右,表现出良好的运行可靠性。     

支撑层对硅橡胶复合膜渗透汽化分离性能的影响

引言 为了扩大渗透汽化技术的应用领域,科研工作者需要进一步增强渗透汽化膜的分离性能.从工业化的观点而言,用于实际应用的渗透汽化膜大多是复合膜,它由选择层(或分离层)和支撑层组成.一般认为,选择层决定着复合膜的选择性和通量,支撑层起支撑和机械稳定作用.Nijhuis[1]在从甲苯-水体系中分离甲苯的过程中对均质膜和以聚砜为支撑层的复合膜的分离性能进行了比较;Sturken[2]分别用聚醚酰亚胺和聚偏氟乙烯为支撑层的硅橡胶膜从二氯乙烷-水体系中提取二氯乙烷,他们得到了相同的结论:支撑层的影响可以忽略.然而Scholz[3],Heinzelmann[4],Rautenbach[5],Borges[6],Vankelecom[7],Farooq[8],Lipnizki[9]等均在各自研究中发现,由于基膜和分离层的物理化学性质以及制膜方法等众多因素的存在使得支撑层在一定程度上影响复合膜的分离性能;Feng[10]对均质硅橡胶膜和有微孔支撑层的硅橡胶复合膜的分离性能进行了比较,发现均质硅橡胶膜优先透过异丙醇,而有微孔亲水性支撑层的硅橡胶复合膜则优先透过水,这表明在一定的情况下,支撑层甚至起主导作用并能够决定复合膜的分离性能.因此,通过系统研究以不同多孔材料为支撑层的复合膜对有机物-水溶液的分离性能的影响,能够找到最优的复合膜支撑层,从而能够提高复合膜的分离性能.然而,至今关于支撑层对渗透汽化膜分离性能影响的系统研究仍相当少.     

芳香聚酰胺反渗透复合膜界面聚合影响因素分析

目前应用较为广泛的反渗透复合膜的制备方法是由单体间苯二胺和均苯三甲酰氯在超滤支撑膜上界面聚合生成聚酰胺脱盐皮层。该制膜方法影响因素众多,能够影响反渗透复合膜分离性能的因素主要有支撑膜的结构和化学性质、单体结构和浓度、添加剂的选择、反应温度和时间、后处理温度和时间等。对界面聚合的一些主要影响因素进行分析。     

硅溶胶填充改性PDMS—PA复合膜

在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中填充质量分数为20wt％、25wt％和30wt％的疏水纳米二氧化硅溶胶作为表面皮层,以聚酰胺（PA）为支撑层,制备出改性硅橡胶-聚酰胺（PDMS—PA）复合膜。扫描电镜（SEM）观察发现二氧化硅颗粒均匀分布在PDMS基体中,改性皮层与PA支撑层结合紧密。用5％的乙醇水溶液对改性膜在不同温度下进行渗透汽化测试,发现填充比例为20wt％的膜的分离因子较未改性膜可提升25％,而填充比例为25wt％和30wt％时,膜的分离因子却低于未改性膜。这显示在PDMS中填充某种比例的硅溶胶可改善膜的分离性能。     

磺酸基改性聚酰胺薄层复合膜的研究进展

近年来，聚酰胺薄层复合(TFC)膜已被广泛应用于各种水处理领域，进一步改善膜的渗透分离性能及抗污染能力具有重要意义。磺酸基团具有良好的亲水性和电负性，已通过多种方法用于聚酰胺膜的改性，可实现膜性能的显著提升。文中回顾了近年来关于磺酸基改性聚酰胺膜的研究进展，将改性途径分为掺杂界面聚合、直接界面聚合和界面聚合后修饰，分别阐述了磺酸基改性膜的效果及机制，比较分析了不同改性方法的特点，并对未来的研究方向提出了展望。     

界面聚合聚酰胺纳滤膜渗透选择性能优化的研究进展

纳滤因其分离效率高、操作压力低、环境友好等优点,在废水处理、海水淡化和工业分离纯化等众多领域有着重要的应用。界面聚合法制备的聚酰胺（PA）纳滤膜是最为常用的纳滤膜种类之一。然而界面聚合反应速度快,如何通过调控界面聚合过程,优化纳滤膜选择分离层的结构从而提高渗透选择性,以满足不同领域对纳滤膜需求仍是亟需解决的问题。本文从影响界面聚合单体扩散因素的角度出发,综述了近年来PA纳滤膜渗透选择性能优化的研究进展,包括新型PA纳滤膜、纳米材料/PA混合基质膜及超薄PA纳滤膜3个方面,探讨了选择分离层结构调控与纳滤膜渗透选择性能优化的关系,最后指出目前界面聚合制备高渗透选择性PA纳滤膜在规模化、稳定性及可控性存在的问题,并对未来界面聚合纳滤膜在微观结构和聚合过程调控方面的研究进行了展望。     

用于反渗透复合膜的海绵状结构支撑膜制备研究

通过调节铸膜液中聚砜浓度和非溶剂含量,浸没沉淀法制备海绵状结构的支撑膜,并在支撑膜上界面聚合制备聚酰胺反渗透复合膜。分别对支撑膜及反渗透复合膜的结构和性能进行表征,考察聚砜浓度对支撑膜结构和性能的影响,以及不同结构支撑膜对反渗透复合膜结构和性能的影响。结果显示,随着聚砜浓度的增加,支撑膜表面孔径和孔隙率下降,断面结构变致密,耐压性增强。在不同支撑膜上制备的反渗透复合膜具有不同的通量和脱盐率。综合考虑支撑膜及反渗透复合膜的性能,以聚砜浓度为15%制备的海绵状结构支撑膜更适于作为制备反渗透复合膜的支撑层。     

渗透蒸发复合膜的选材与制备

与对称膜、非对称膜相比,渗透蒸发复合膜有扩散阻力小、渗透通量高、机械强度好等优点,同时在选材和制备方面也有其自身的特点。活性层材料主要依据Flory huggins相互作用参数理论或溶解度参数理论进行粗略选择,再通过一些实验手段做进一步筛选。支撑层材料多为无机或有机多孔材料,选择的主要依据是材料的物理化学性质、机械性质及结构。另外,活性层与支撑层之间的黏合与孔渗也是必须考虑的问题。介绍了相关的黏合理论,列举了常用的防止孔渗发生的措施。最后结合近年来渗透蒸发复合膜的研究实例详细介绍了复合膜的常用制备方法,如界面聚合法、浸涂法、等离子聚合法和自组装法等。     

金属有机骨架/聚酰胺薄层纳米复合膜的研究进展

相较于传统聚酰胺薄层复合（TFC）膜,金属有机骨架/聚酰胺薄层纳米复合（TFN）膜得益于MOFs材料的高比表面积、有序可控的孔隙结构、良好的聚合物相容性和可定制的化学功能,展现出更高的渗透选择性,在工业应用中显示出巨大的分子和离子分离潜力。本文首先简述了MOFs聚酰胺复合膜的研究背景,然后从MOFs材料的特性和MOFs聚酰胺复合膜的制备策略两个方面出发,总结了MOFs聚酰胺膜研究的最新进展。讨论了MOFs的物化特征在TFN膜的微观结构和分离性能中起的作用;介绍了MOFs聚酰胺复合膜的制备策略,重点对MOFs负载方法及效率进行了分析。最后简述了MOFs聚酰胺复合膜在气、液体系分离中的应用;对MOFs聚酰胺膜在应用过程中的稳定性问题进行了分析,并对未来MOFs聚酰胺复合膜优化MOFs负载和功能性设计的研究进行了展望。     

静电纺丝法制备正渗透膜材料

通过静电纺丝法制备多孔纤维支撑层,再通过界面聚合法在其表面制备聚酰胺皮层,形成正渗透膜。首先,采用聚砜作为高分子材料,制备聚砜静电纺丝纤维支撑层,探究纺丝参数对纤维支撑层形态和性能的影响。然后采用聚偏氟乙烯为材料,通过静电纺丝法制备出纳米级蜘蛛网纤维结构的纤维支撑层,降低纤维支撑层的表面孔径,避免膜表面聚酰胺皮层的缺陷产生。最终界面聚合正渗透膜的NaCl截留率达到95%,并且具有较低的膜结构参数S值(2.23×10~(-4)m),减轻了正渗透过程中的内浓差极化程度。     

PSF支撑层结构对PDMS复合膜渗透汽化性能的影响

以4种不同结构的聚砜(PSF)作为支撑层,制备PDMS/PSF渗透汽化复合膜,考察其用于乙醇/水体系的分离性能,以研究支撑层结构对渗透汽化复合膜分离性能的影响。采用SEM和EDX分析复合膜表层结构,结果表明,支撑层结构几乎不影响复合膜的选择性,但对膜通量有较大影响,特别是支撑层的表面结构对复合膜性能的影响比断面结构更明显。     

共溶剂对反渗透复合膜表面形貌及分离性能的影响

以聚砜超滤膜为底膜,间苯二胺为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,通过界面聚合的方法制备了聚酰胺反渗透复合膜。研究了有机相共溶剂1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N,N-二甲基丙烯基脲、磷酸三丁酯对聚酰胺反渗透复合膜表面形貌及分离性能的影响。扫描电子显微镜观察表明,共溶剂的存在有助于复合膜表面形成"叶片状"结构;傅里叶变换红外光谱仪则对聚酰胺分离层化学结构进行了分析。通过改变共溶剂的种类和含量,可有效改变聚酰胺复合膜的表面形貌,最终调控膜的水通量和截留率。