高性能纳滤膜的制备及性能研究

本文以磺化聚醚砜（SPES）为涂层材料,以聚砜（PSF）超滤膜为支撑层,采用涂覆法制备SPES/PSF纳滤脱色膜,研究了有机溶剂,无机、有机添加剂等因素对纳滤脱色膜性能的影响,并通过SEM表征纳滤脱色膜的表面和断面形貌。结果表明,SPES/PSF纳滤脱色膜对甲基蓝的截留率可以达到90%以上,硫酸钠的截留率低于20%,水通量可以达到70 L/（m2·h）以上,实现了低分子染料和无机盐高选择性分离。     

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))。     

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。     

O-MWCNTs/PMIA中空纤维纳滤膜制备与性能研究

采用聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)与羟基化多壁碳纳米管(O-MWCNTs)共混,通过干-湿相转化法制备中空纤维纳滤膜,研究了不同含量的羟基化多壁碳纳米管对O-MWCNTs/PMIA中空纤维纳滤膜结构与性能的影响。结果表明随着O-MWCNTs的含量的增加,膜内部指状孔明显增加,海绵状过渡层减少;O-MWCNTs/PMIA中空纤维纳滤膜的亲水性与表面电负性明显加强;共混纳滤膜的水通量随O-MWCNTs的增加而增加,对无机盐的截留出现先增加后减小的趋势。在渗透压力为1.0 MPa下,O-MWCNTs含量为0.1%时,O-MWCNTs/PMIA中空纤维纳滤膜的纯水通量为55.1 L/(m~2·h),对硫酸钠的截留率可达到78.5%,对甲基橙、亚甲基蓝、酸性红、直接红13的去除率可达到90.5%、94.4%、99.5%、99.9%。     

紧实型GO/PVDF复合膜对有机染料的去除性能研究

采用氧化石墨烯(GO)改性PVDF膜，利用浸没沉淀相转化的方法制备了紧实型GO/PVDF复合膜，对膜的亲水性、纯水通量和表面Zeta电位等性能进行了考察，并选择罗丹明B和甲基橙分别代表正负电荷染料，对膜的吸附、脱附和截留性能进行了考察。结果显示，膜的纯水通量从45.10 L/(m²·h)增加到58.40 L/(m²·h)。GO含量为0.50%(质量)时(M2)，膜的综合性能较优。GO/PVDF复合膜对罗丹明B的吸附效果较好，1.5 d之后，M0~M3的吸附量分别为1.02、1.24、1.79和1.49 mg/g。乙醇对罗丹明B的脱色率达到80%以上。膜对甲基橙的吸附效果较差，M2的吸附量仅为0.46 mg/g，0.10 mol/L HCl溶液对甲基橙脱色率达到86%以上。膜对两种染料的截留率均保持在57.60%和57.20%以上。为纳米材料改性有机膜的制备以及对有机染料的去除提供了一定的科学依据。     

功能化碳纳米管/SMANa/聚醚砜导电分离膜的制备及性能

为改善聚醚砜(PES)导电分离膜的相容性和分离性能,将碱处理的苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMANa)和功能化碳纳米管按照不同质量比与PES共混,使用非溶剂诱导相分离法成功制备功能化碳纳米管/SMANa/聚醚砜导电分离膜,对分离膜的结构、形貌和分离性能进行测试。结果表明：通过碱处理苯乙烯-马来酸酐共聚物,成功制备具有良好分散性的SMANa。当功能化碳纳米管添加量为6 g时,导电分离膜的电阻率达到2.929 97×10⁴Ω·cm,纯水渗透通量达到1 188.1 L/(m²·h),而对牛血清蛋白(BSA)的截留率为91.46%。在通入30 V电压后,导电分离膜对刚果红、甲基蓝染料渗透通量分别达到584 L/(m²·h)和480 L/(m²·h),截留率均达到99.99%。     

一种PPS/MWCNT@GO杂化膜的制备及性能

将氧化后的多壁碳纳米管（MWCNT）和氧化石墨烯（GO）亲水性纳米粒子化学交联物（MWCNT@GO）作为填充物,在使用热致相分离（TIPS）法制备聚苯硫醚（PPS）膜的过程中,通过物理共混方式引入MWCNT@GO纳米粒子,制备PPS/MWCNT@GO杂化膜,用以提升PPS膜的性能。分别通过TEM、XPS、Raman、XRD和FTIR表征MWCNT和GO的结构以及交联过程中的官能团变化;利用SEM、CSM、DSC、孔径测试仪、接触角测试仪和拉伸测试仪表征杂化膜的形貌以及特性;同时,对杂化膜的水通量以及蛋白大分子和甲基蓝染料的截留性能进行了测试。结果表明,PPS/MWCNT@GO杂化膜的孔径减小到0.06μm左右,杂化膜具备优异的热稳定性和机械性能;同时,杂化膜表现出了较高的水通量,可达130L/(m²?h);较好的分离性能,对牛血清蛋白大分子（BSA）的截留率接近100%,对甲基蓝（MB）染料的截留率也达到了92%左右。该杂化膜有望在高温、强酸、强碱和腐蚀性水污染环境中广泛应用。     

氨基化氧化石墨烯界面聚合制备超薄复合纳滤膜

采用氨基化氧化石墨烯（NGO）为界面聚合水相单体,制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压（0.2 MPa）下纯水通量可达27.8 L·m^-2·h^-1,对小分子染料有较高的截留率（甲基橙截留率74.8%,橙黄钠截留率96.0%,刚果红截留率98.5%,甲基蓝截留率99%）,对于无机盐的截留率较低（Na₂SO₄截留率21.4%,MgSO₄截留率10.7%,NaCl截留率5.3%,MgCl₂截留率1.5%）,展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。     

复合CNTs的PSA超滤膜制备

采用浸没沉淀相转化法制备复合CNTs的PSA超滤膜,以水通量和截留率为指标,优化复合CNTs的PSA超滤膜的制备条件。实验结果表明,在搅拌温度70℃、CNTs添加量0.6%、PSA含量11%、PVP含量1%、搅拌时间8 h条件下,所制备的复合CNTs的PSA超滤膜水通量可达589.76 L/(m²·h),截留率88.2%,平均孔径54.6 nm,孔隙率74.8%,通量恢复率达78.1%,拉伸强度可达3.97 N/mm²;与未添加CNTs的PSA超滤膜相比,复合CNTs的PSA超滤膜水通量提高262.11 L/(m²·h),截留率提高4.3%,孔隙率增加42.6%,通量恢复率提高11.9%。     

磺化聚砜共混纳滤膜的制备及染料脱色性能研究

采用相转化法将聚醚砜(PES)和磺化聚砜(SPSf)共混制备纳滤膜,考察了这2种材料的共混比、聚乙烯吡咯烷酮(PVP k30)和氯化锂(LiCl)含量、空气中的挥发时间对膜的脱色和脱盐性能研究及水通量变化情况。结果表明,PES和SPSf有一定的相容性,PVP k30和LiCl含量的变化以及膜片放置在空气中的挥发时间都会对膜性能产生一定的影响。当PES、SPSf的质量比为18/7,PVP k30、LiCl的质量分数分别为5%、1%,且在成膜后在空气中的挥发时间为10 s时,对几种染料的截留效果为好,刚果红、甲基蓝、日落黄的截留率分别高达99.8%、93.5%、57.9%,平均水通量可达324 L/(m~2·h)。     

正渗透处理模拟印染废水的性能研究

实验以1 mol/L的NaCl溶液为汲取液,以活性染料印染废水、分散染料印染废水为原料液,探究不同染料类型、膜朝向及温度对正渗透性能的影响,以及不同情况下的膜污染情况。正渗透处理两种染料都有很高的水通量;AL-FS模式初始水通量为14.79 L/(m²·h),COD截留率为98.8%,色度为99.2%。AL-DS模式下分别为17.82L/(m²·h)、93.2%和93.9%;温度由15℃升高到35℃,水通量增加了5.6%,COD截留率降低了1.1%,色度截留率降低了1.2%;超声清洗后AL-FS模式下恢复率为94.3%,AL-DS模式下为91.2%。AL-FS模式优于AL-DS,水通量随温度的升高而升高,膜清洗水通量恢复率较高。     

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)。     

氨基化氧化石墨烯界面聚合制备超薄复合纳滤膜

采用氨基化氧化石墨烯(NGO)为界面聚合水相单体,制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压(0.2 MPa)下纯水通量可达27.8 L·m-2·h-1,对小分子染料有较高的截留率(甲基橙截留率74.8%,橙黄钠截留率96.0%,刚果红截留率98.5%,甲基蓝截留率99%),对于无机盐的截留率较低(Na2SO4截留率21.4%,Mg SO4截留率10.7%,Na Cl截留率5.3%,Mg Cl2截留率1.5%),展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。     

膜集成技术处理氯化法钛白后处理废水的研究

氯化法钛白无机包膜处理工序会产生大量中性废水,其中包含少量钛白粉和水溶性盐,现阶段企业多以外排为主。采用膜集成（陶瓷膜+反渗透膜+纳滤膜）技术对氯化法钛白后处理废水的处理进行研究。将氯化法钛白后处理废水用陶瓷膜过滤,分离回收二氧化钛;将陶瓷膜清液用反渗透膜浓缩,清水回收利用;将反渗透浓液用纳滤膜分离硫酸钠和氯化钠。结果表明：利用陶瓷膜处理氯化法钛白后处理废水,平均通量为650 L/（m ²·h）,浓液中钛白粉质量浓度达到90 g/L以上,清液中钛白粉质量浓度低于0.001 g/L;使用反渗透膜截留清液中的硫酸钠和氯化钠,硫酸钠和氯化钠的截留率为99.5%,浓水中的盐质量分数达到4%以上;浓水中的硫酸钠和氯化钠通过纳滤膜分离,纳滤膜对硫酸钠的截留率为97%,硫酸钠质量分数达到14%以上。     

含甲基纤维素的NaA沸石膜的制备和表征

NaA沸石膜具有规则的孔道结构,利于分子传输,在有机物脱水领域有一定的应用。为使沸石膜生长更连续均匀,提高渗透汽化性能,本文以甲基纤维素作为空间限制剂加入合成液,探究碱度、晶化温度以及晶化时间对膜的影响,按最优条件制备合成液,并依据质量比m(MC)∶m(H₂O)=1∶100添加甲基纤维素,制备NaA沸石膜。表征方法采用XRD、SEM和渗透汽化3种方式,结果表明添加甲基纤维素的沸石膜表面结构完整,生长致密且性能优良,在75℃下对0.6mol/L的NaCl水溶液做渗透汽化测试时,通量达8.33kg/(m²·h),盐离子截留率为99.95%。在0.6mol/L的NaCl的水溶液中测试72h,结果表明添加甲基纤维素的NaA沸石膜时间依存性更好,通量保持在8.30kg/(m²·h)左右,离子截留率稳定在99.90%。渗透汽化分离ω(C₂H₆O)=90%乙醇的水溶液,随着温度从60℃升高到75℃,沸石膜的通量由1.55kg/(m²·h)升高到2.56kg/(m²·h),渗透侧水含量保持在99.90%左右。     

单宁酸-多巴胺涂覆制备染料分离用纳滤膜

通过单宁酸及聚多巴胺涂覆,制备了单宁酸(TA)-聚偏氟乙烯(PVDF)纳滤膜,同时评价了改性膜对刚果红、伊文思蓝、活性嫩黄等染料的分离性能。结果表明,改性后膜表面粗糙度略微增大,亲水性明显增强。同时,改性膜具有水下超疏油的性质,能够完全抵抗水下油污的污染。2wt% TA-PVDF纳滤膜对多种染料的截留率能达到96.5%以上,且对刚果红、伊文思蓝、活性嫩黄等染料的截留通量都超过65.7 L/(m2?h?bar)。另外,改性膜在染料分离时截留通量基本不变,稳定性较强,在工业染料废水处理方面有一定的应用前景。     

浸没式纳滤印染废水深度处理研究

采用自制的中空纤维复合纳滤膜及浸没式过滤工艺,对含甲基蓝的印染废水进行深度处理,研究了不同跨膜压差、不同浓缩倍率下,浸没式纳滤工艺处理印染废水过程的渗透通量、脱色性能、COD去除率及膜渗透阻力。结果表明,浸没式纳滤可有效实现对印染废水的深度处理,在跨膜压差为80 kPa、浓缩倍率为4.0下,浸没式纳滤过程的渗透通量为5.75 L/(m2.h),色度脱除率大于99%,COD去除率大于90%,膜通量水洗恢复率大于93%。     

正渗透策略和化学清洗海水淡化反渗透膜

为解决海水淡化过程中反渗透膜的污染问题,研究了基于正渗透策略的反渗透产水、模拟反渗透浓水、模拟海水不同的组合清洗和清洗时间对膜通量和截留率的影响。针对不可逆污染,研究了不同化学清洗药剂、浸泡时间、浓度对膜通量和截留率的影响。结果表明,正渗透策略清洗方式中,淡水/模拟反渗透浓水的组合清洗方式效果最佳,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至13.6 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至92.80%。此外,经质量分数为2%的柠檬酸溶液浸泡2 h后,再使用质量分数为1%的乙二胺四乙酸四钠盐和0.3%的三聚磷酸钠溶液浸泡1.5 h,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至14.3 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至96.27%。从SEM和AFM图可以看出,正渗透清洗策略并未对膜表面选择层造成损坏,且可以清洗膜表面的有机污染物和无机污染物,因此,应用这种方法对污染的反渗透膜进行清洗,可延长化学清洗周期,减少化学清洗剂用量,具有一定的工业应用前景。     

PDA/MMT/PVDF超滤膜的制备及处理乳化油性能研究

以聚多巴胺(PDA)、硅烷偶联剂(KH550)改性蒙脱土为添加剂,采用非溶剂致相分离法制备聚偏氟乙烯(PVDF)共混超滤膜。利用SEM、接触角测量仪、测试水通量和BSA截留率等方法分析膜的结构与过滤性能。结果表明,KH550-MMT/PDA膜的过滤效果极好,水通量达到了893.67 L/(m²·h),截留率达到了91.14%。KH550-MMT/PDA的添加,能够改善膜的微观形貌结构,极大地提升了膜的孔隙率、截留率与水通量,显著降低了膜的接触角,极大地增强了膜的抗污染性能。在含油废水的实验中,过滤3种乳化含油废水的截留率均保持在90%以上,其中,煤油乳化油截留率为98.76%。     

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。