基膜结构对聚酰胺TFC膜正渗透性能的影响

对于正渗透过程来说,膜的结构参数是衡量内浓差极化的重要指标.本文首先研究了基底对相转化法制备的基膜结构和性能的影响,并进一步研究了基膜结构对聚酰胺TFC膜正渗透性能的影响.结果表明,基底的亲水性和多孔结构分别是影响基膜结构的两个重要因素,其中多孔基底在提高基膜底面开孔率和增大膜断面指状孔结构和贯通性方面影响更大;分别以1mol/L的NaCl溶液和去离子水作为汲取液和原料液时,在多孔基底所制备的基膜上形成的复合膜的正渗透水通量可达到38.6L/(m~2·h),反向盐通量为8.0g/(m~2·h),相比于传统以玻璃板为基底所形成的复合膜,膜的结构参数从386.0μm下降到172.5μm.     

Zr-MOF改性聚酰胺正渗透复合膜的制备与表征

将Zr-MOF添加到均苯三甲酰氯的正己烷溶液(有机相)中,采用界面聚合法制备出Zr-MOF改性聚酰胺复合膜。研究了添加物Zr-MOF的浓度和膜的朝向对复合膜正渗透性能的影响。用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪对所得正渗透复合膜进行分析表征,用1mol/L的氯化钠水溶液为汲取液、去离子水为原料液进行分离性能测试。研究发现,Zr-MOF在有机相中的添加量为0.06%时,正渗透复合膜朝向原料液(AL-FS)的水通量从2.60L/(m2·h)增加到6.98L/(m2·h);朝向汲取液(AL-DS)的水通量从5.58L/(m2·h)增加到13.60L/(m2·h)。     

以PAMAM/TMC为单体的复合纳滤膜制备及其在油田采出水处理中的应用

以聚砜超滤膜为基膜,通过聚酰胺-胺(PAMAM,G0)与均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反应制备了复合纳滤膜.通过正交实验优化了纳滤膜的制备条件,并通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR-ATR)、场发射扫描电镜(FESEM)进行膜表面结构及形貌分析,测试了纳滤膜的盐截留能力.结果表明:纳滤膜制备条件确定为聚酰胺-胺(PAMAM,G0)浓度为0.25%,均苯三甲酰氯(TMC)浓度为0.3%,界面聚合时间为90s,热处理温度为80℃,热处理时间15min.界面聚合后在超滤膜表面形成了一层致密的聚酰胺(PA)活性皮层,所制得的复合纳滤膜盐截留顺序为Na_2SO_4MgSO_4MgCl_2NaCl,表明纳滤膜表面带有负电荷.纳滤膜处理采油废水时,存在过滤初期的通量快速下降、随后的缓慢下降以及最后的通量稳定3个阶段,且压力为0.7 MPa,0.9 MPa和1.1 MPa时所对应的通量由10L/(m~2·h)逐渐升高到22L/(m~2·h),其对采油废水的盐截留率处在12.6%~14%之间.     

碳纳米管中间层高性能正渗透复合膜的制备与研究

为了制备兼具高通量和高盐截留的聚酰胺正渗透复合膜,采用喷涂的方法在传统聚砜基底制备构建超薄碳纳米管(CNTs)中间层,并在碳纳米管中间层表面界面聚合制备聚酰胺层.本文从聚酰胺复合膜的支撑层和活性层之间的界面调控入手,系统研究了CNTs中间层对聚酰胺(PA)活性层生成过程和形貌结构的影响,并测试分析了CNTs中间层对聚酰胺复合膜正渗透性能的影响.实验结果表明,喷涂CNTs中间层的复合正渗透膜显著提升了水通量,在1mol/L的NaCl溶液作为汲取液的情况,复合膜在PRO模式下的平均水通量达33.27L/(m2·h),较未含有CNTs中间层的复合膜通量提升了55.18%,而且"净盐通量"下降了26.63%,仅为0.047g/L.通过构建碳纳米管(CNTs)中间层,大幅提升了聚酰胺复合正渗透膜的水通透性,同时并不牺牲复合膜的盐截留性能,克服了传统正渗透复合膜的水渗透-盐截留trade-off效应.     

正渗透膜对印染废水中铬的处理特性

利用水通道蛋白正渗透(FO)膜对含铬模拟废水和印染废水进行处理,分别研究了汲取液浓度和原料液pH对FO膜的水通量、盐返混通量及重金属铬截留效果的影响.结果表明,汲取液浓度对通量影响显著,处理模拟废水时,当氯化钠浓度从0.5 mol/L增加到2.0 mol/L时,膜的水通量从9.7 L/(m~2·h)增加到16.9 L/(m~2·h),盐返混通量从4.35 g/(m~2·h)增加到7.65 g/(m~2·h).而在处理印染实际废水的时候,膜的水通量从6.5 L/(m~2·h)增加到13.3 L/(m~2·h),截留率随汲取液浓度的增加而减小;另外随原料液pH的不断提高,对重金属铬的截留率也不断提高,在模拟废水的pH从3.0增加到11.0的过程中,对铬的截留率从98.8%增加到了99.7%,而对印染实际废水的处理中铬的截留率均高于99.5%,此外随着氯化钠浓度的提高,铬的截留率有所下降.这些数据可为FO应用于印染废水和重金属处理提供一定的参考.     

三醋酸纤维素正渗透膜制备过程中影响因素的研究

以三醋酸纤维素为膜材料,以1,4-二氧六环和丙酮为溶剂,乳酸为添加剂.采用相转化法制备三醋酸纤维素正渗透膜.研究了不同支撑材料以及膜制备过程中溶剂挥发时间和添加剂的含量对正渗透膜性能的影响.结果表明,在原料液为0.1 mol/L NaCl,汲取液为4 mol/L葡萄糖,原料液面向分离层,室温的测试条件下,采用180目(80 μm)的筛网为支撑体材料,挥发时间为180 s,乳酸含量为6.6%所制备的三醋酸纤维素正渗透膜的水通量为6～7 L/(m2·h),NaCl截留率在95%以上.     

层层组装界面聚合制备聚酰胺复合正渗透膜研究

以聚丙烯腈(PAN)为支撑膜材料,利用相转化法制得PAN基膜,水解改性后作为支撑层,通过界面聚合法制备聚酰胺正渗透复合膜.考察了界面聚合次数对复合膜表面形貌结构、粗糙度、亲水性及正渗透性能、反渗透性能的影响.实验结果表明,膜表面粗糙度和亲水性随着界面聚合次数的增加而增大,而反渗透水通量随着界面聚合次数的增加而减小,盐截留率随之而增大,而正渗透性能测试中水通量和盐逆向通量随界面次数的增加而减小.综合得知,经过2次界面聚合后,复合膜表面粗糙度和亲水性较好,正渗透水通量达到16.97L/(m~2·h),盐逆向通量为6.02g/(m~2·h).     

含氧化石墨烯混合基质反渗透复合膜的制备及性能研究

以间苯二胺(MPD)为水相单体、均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体,氧化石墨烯(GO)作为水相添加物,采用界面聚合法,制备了GO-PA(聚酰胺)/PSF(聚砜)混合基质反渗透复合膜。采用扫描电子显微镜表征了膜形貌,考察了该膜对氯化钠的截留性能及耐氯性。结果表明,聚酰胺反渗透膜填充氧化石墨烯后,其分离性能优于聚酰胺膜,且具有较好的耐氯性。随着氧化石墨烯含量的增加,膜的通量增大,当添加量为0.005%时,膜具有最大通量,为63 L/(m2.h)。     

阻垢剂PASP和DTPMP-Na_7作为正渗透汲取液的比较研究

<正>渗透(FO)是一种能耗低、膜污染轻的新型膜技术,但汲取液和膜材料性能、汲取液再生等问题限制了其应用.阻垢剂作为正渗透过程汲取液,渗透产水可直接用作循环冷却水,无需二次分离,从而大大降低能耗.本研究以NaCl为对照,重点考察了阻垢剂聚天冬氨酸钠(PASP)和二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠(DTPMP-Na_7)作为正渗透汲取液的性能.结果表明,PASP和DTPMP-Na_7均能提供较大的渗透压,质量浓度相同时,渗透压大小顺序为:NaClDTPMP-Na_7PASP.以纯水为原料液,采用三醋酸纤维素(CTA)膜按FO模式进行实验时,3种汲取液在其质量浓度相同时的水通量和反向渗透通量大小顺序均与渗透压顺序相同.当汲取液浓度为0.20 g/mL时,NaCl和DTPMP-Na_7的水通量分别为13.7和9.68 L/(m~2·h),后者达到前者的70.4%;但反向渗透通量分别为3.10和1.75 g/(m~2·h),后者低于前者,且DTPMP-Na_7的盐水比最低,仅为0.181 g/L.渗透压相同时,DTPMP-Na_7、PASP和NaCl的水通量相近,尤其在低渗透压范围内(2 Osmol/kg),但DTPMP-Na_7反向渗透通量和盐水比总体情况最佳,尤其在高渗透压范围内(2 Osmol/kg),甚至优于NaCl.这说明DTPMP-Na_7更加适宜构建汲取液不需再生的正渗透过程,以制备循环冷却水系统补充水.     

醋酸纤维素正渗透膜的制备及其性能研究

以醋酸纤维素(CA)作为成膜材料,以聚酯筛网作为支撑材料,利用相转化法制备正渗透膜,考察了正渗透膜制备过程中的影响因素,包括铸膜液中聚合物浓度以及制膜过程中环境湿度、凝胶浴温度及热处理温度对正渗透膜性能(水通量和截盐率)的影响规律。并利用SEM表征了膜表面和断面的形貌。结果表明,在原料液为0.1mol/L NaCl,汲取液为4mol/L葡萄糖,原料液面向分离层,室温的测试条件下,当聚合物浓度为10.4%、在60℃下热处理、凝胶浴温度为15℃、环境湿度为90%时所制备的正渗透膜通量为9.7～10.3L/(m2.h),截盐率在93%以上。     

新型耐高温复合反渗透膜的制备与性能

以杂萘联苯聚芳醚腈酮超滤膜为基膜,间苯二胺作为水相单体、均苯三甲酰氯作为有机相单体,通过界面聚合法制备了新型耐高温聚芳香酰胺复合反渗透膜.研究了单体浓度、反应时间对膜性能的影响,用扫描电子显微镜和红外光谱仪表征了界面聚合反应前后膜表面形貌和化学结构的变化,并对膜的耐高温性能进行了考察.随着操作温度从20℃升高到95℃,膜的脱盐率保持在97.9%,通量从7.4 L/(m~2·h)上升至31.4 L/(m~2·h);膜在沸水中煮沸至3 h,其脱盐率基本不变而通量先增加后趋于稳定,表明杂萘联苯聚芳醚腈酮复合反渗透膜具有优良的耐高温性能.     

纳米纤维基复合反渗透膜的制备及过滤性能研究

以静电纺PET纳米纤维膜作为基底,先对其进行壳聚糖交联涂覆,再以间苯二胺和均苯三甲酰氯为聚合单体,采用界面聚合法在改性膜上制备聚酰胺复合反渗透膜。研究了聚合时间和热处理温度对膜的影响,用扫描电子显微镜(SEM)对膜的表面形貌进行了表征,用自制错流装置对其过滤性能进行了测试。实验结果表明,随着聚合时间的延长,膜表面趋向均匀而后团簇,截留率先增大后减小,通量先减小后增大;随着热处理温度的升高,膜呈现同样的变化规律。最佳聚合时间为90s,最佳热处理温度为55℃,此时反渗透膜对模拟海水(2.00g/L的NaCl水溶液)的截留率可达92%,对应的通量为21L/(m~2·h),具有较好的过滤性能。     

三醋酸纤维素正渗透膜用于大豆低聚糖浓缩的研究

<正>渗透(FO)过程是近些年发展起来的一种新型渗透驱动膜分离过程,它具有低能耗、高分离、低膜污染、常温常压下运行等优点,使其在诸多领域,特别在浓缩领域中有着很好的应用前景.通过相转化法制备三醋酸纤维素(CTA)正渗透膜,采用此正渗透膜对大豆低聚糖进行了浓缩,并研究了浓缩过程中膜的污染及清洗.结果表明,所制备CTA正渗透膜以去离子水为原料液,0.1mol/L NaCl为汲取液时的水通量为13.6L/(m2·h),对NaCl的截留率为94%~99%.在用于浓缩大豆低聚糖的过程中,累计浓缩150min,膜水通量由12.0L/(m2·h)降低到5.9L/(m2·h),总可溶物从1.0°Brix上升到8.0°Brix.在浓缩过程中正渗透膜表现出污染轻,易清洗等优点.     

温度响应型PNIPAM/γ-PGA水凝胶正渗透汲取剂的制备及其性能评价

采用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和γ-聚谷氨酸(γ-PGA)为合成单体,制备温度响应型半互穿网络聚合二元水凝胶,利用红外光谱和扫描电镜对其结构和形态进行表征,研究不同单体配比条件下水凝胶的溶胀和退溶胀性能,并考察二元水凝胶作为正渗透汲取剂的应用效能.结果表明,二元水凝胶具有明显的孔状结构,其平衡溶胀率随γ-PGA单体比例的增加而升高,在NIPAM∶γ-PGA(质量比)=5∶1时,平衡溶胀率为40.3g/g;在40℃下持续脱水6h,脱水率可达80%以上.将所制备的二元水凝胶作为正渗透汲取剂时,0.5h内的水通量为1.1~1.4L/(m~2·h),且重复利用效果较好.随着原料液NaCl浓度不断升高,水通量逐渐降低,当原料液NaCl浓度为2g/L时,0.5h内水通量约为1.0L/(m~2·h).     

醋酸纤维素正渗透膜的制备及性能研究

以醋酸纤维素(CA)为膜材料,涤纶网(PET)为增强材料,用相转化法制备一种正渗透膜.结果表明,所制得的膜为PET嵌入的非对称膜,厚度约为127μm,断裂强度为37.86N.该膜具有较好的亲水性,接触角为51.4°,孔隙率为74.2%;在pH为2~11的范围内可长时间保持性能稳定;抗污染性能优异,经简单物理清洗后可基本恢复原始通量;以0.2mol/L NaCl溶液为原料液,1.5mol/L的葡萄糖溶液为汲取液,对膜性能测试结果表明:在正渗透(FO)模式下,水通量和截盐率分别为3.78L/(m2·h)和95.65%;在PRO模式下,水通量和截盐率分别为5.34L/(m2·h)和96.25%.FO模式与PRO模式的水通量比为0.71,表明膜具有较低的内浓差极化效应(ICP).     

陶瓷基金属有机框架MOF-801膜的制备及其性能

正渗透膜在分离领域方面展示出独特优势，发展高稳定的新型正渗透膜具有重要意义.提出了纳米晶种原位播种结合二次生长的制膜策略，制备了共生良好、高稳定的陶瓷基金属有机框架MOF-801纳米孔膜，采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和红外光谱对膜的形貌和结构进行分析表征，初步考察了以去离子水为进料液，1 mol/L NaCl溶液为汲取液条件下膜的正渗透性能.结果表明，在正渗透模式下，陶瓷基MOF-801膜不仅表现出高的水通量[13.9 L/(m²·h)],而且具有较低的比盐通量(0.61 g/L);在连续运行过程中，MOF-801膜渗透性能保持稳定.     

聚乙二醇添加剂对聚砜正渗透膜性能的影响

以不同比例聚乙二醇(PEG400)为添加剂,通过相转化法和界面聚合过程,成功制备了一系列以聚砜为支撑层的复合正渗透膜.对铸膜液的热力学和动力学分析表明,PEG400添加量越多,相转化速率越快,而相转化速率又影响了正渗透膜支撑层的形貌结构.在不同PEG400质量分数下,支撑层的接触角、孔隙率接近.RO测试结果发现,随着PEG400质量分数增加,复合正渗透膜纯水通量增大,当PEG400质量分数为8%时,正渗透膜的纯水渗透系数(A)值最大[16.2L/(m~2·h·MPa)],膜结构参数(S)值最小(516μm).在FO测试中发现,随着PEG400质量分数的增加,正渗透膜水通量(Jv)先增大后减小,在PEG400质量分数为8%时达到最大值,分别为12.5L/(m~2·h)(AL-FS模式,活性皮层面向料液)和23.8L/(m~2·h)(AL-DS模式,活性皮层面向驱动液).实验表明,8%的PEG400添加量可以最有效地降低支撑层的内浓差极化程度.     

溶剂冲洗对界面聚合制备中空纤维聚酰胺纳滤膜的影响

以自制的聚砜(PSf)中空纤维超滤膜为基膜,以哌嗪为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,在PSf基膜内表面进行界面聚合反应,制备内压式中空纤维聚酰胺纳滤膜.重点研究了溶剂冲洗过程对界面聚合制备中空纤维聚酰胺纳滤膜的影响.此外,考察了哌嗪浓度、均苯三甲酰氯浓度、反应时间等条件对中空纤维纳滤膜脱盐性能的影响,表征了膜表面形貌和化学性质.在最佳条件下制备的内压式中空纤维纳滤膜的纯水渗透通量为124 L/(m²·h·MPa),截留分子量约为360,对不同无机盐的截留顺序为：Na₂SO₄(97.71%)>MgSO₄(95.08%)>CaCl₂(54.44%)>NaCl(16.18%).     

石墨炭纳米颗粒改性聚砜支撑层制备正渗透复合膜

正渗透膜分离技术是以膜两侧的渗透压差作为驱动力,因此能耗低,符合绿色节约型社会的发展需求.然而,主流的聚酰胺复合膜在正渗透过程中存在内浓差极化现象,使其水通量远小于理论值.因此,改性正渗透复合膜减小其内浓差极化以提高水通量,对促进正渗透技术大规模应用具有重要的意义.本研究采用相转化法制备了掺杂石墨炭纳米颗粒的聚砜支撑层,通过间苯二胺和均苯三甲酰氯在支撑层表面进行界面聚合制备了聚酰胺薄层复合膜(Thin-film composite,TFC).采用扫描电子显微镜和接触角分析仪对聚砜支撑层和TFC复合膜进行表征,观察膜表面形貌和亲水性,考察不同石墨炭纳米颗粒添加量对正渗透膜性能的影响.结果表明:在基膜中掺杂石墨炭纳米颗粒会使基膜表面孔隙率增大,表面亲水性增强,结构参数减小,这表明内浓差极化得到有效的改善.当石墨炭纳米颗粒添加量为0.01％(质量分数)时,水通量在活性层朝向汲取液(AL-DS)时达到22.4 L/(m2·h),相比未改性的正渗透膜增加了96.7％,这表明新型石墨炭材料可以有效地提高聚酰胺复合膜的正渗透分离性能.     

聚醚砜基膜热稳定性对复合纳滤膜性能的影响

研究聚醚砜超滤基膜的热稳定性对界面聚合法制备复合纳滤膜性能的影响.加入TiO_2纳米粒子可显著改善超滤膜的热稳定性,并随着基膜中TiO_2的增加,超滤基膜的热稳定性也随之增加.基膜TiO_2含量增至8%时,纳滤膜的水通量从27 L/(m~2·h)逐渐增加到38 L/(m~2·h),对NaCl的截留率从48%增加到58%,而对MgSO_4的截留率保持不变.研究表明,提高微滤基膜的热稳定性有助于提高复合纳滤膜的水通量和截留率.