界面聚合反渗透复合膜材料及其表面修饰

针对我国反渗透复合膜材料研究领域存在的膜材料品种单一、膜性能相对较差、膜产品缺乏核心竞争力等现状,重点开展了界面聚合反渗透复合膜材料及其表面修饰方面的研究工作.从功能单体与制备工艺入手,研究开发高性能反渗透复合膜材料;采用表面改性技术,对界面聚合反渗透复合膜材料进行表面功能化修饰,研究开发界面聚合反渗透复合膜材料的表面改性实用技术;以期为我国反渗透复合膜材料及其产业的发展提供核心材料和先进制备技术.     

反渗透和纳滤膜的研制与应用

本文介绍了基于联苯多元酰氯单体的聚酰胺反渗透和纳滤复合膜材料体系。通过系统研究聚合物的官能团含量、取代基位置等因素对反渗透复合膜性能的影响,揭示了有价值的实验规律： a.通过调节酰氯单体的官能度,可以实现对反渗透复合膜的性质,包括表面形貌、表面化学组成、表面荷电性质的调控,从而实现对复合膜分离性能及抗污染性能的调控;b.可以利用联苯多元酰氯单体制备得到纳滤复合膜,所得纳滤膜的孔径和荷电性质可以通过调节制膜工艺实现调控。这些结果,为进一步优化制膜工艺,提供可供产业化生产的新型反渗透和纳滤复合膜制备技术奠定了基础。     

非无纺布支撑反渗透复合膜的制备及其性能研究

经过40多年的发展,反渗透技术成为膜法水处理中发展最为成熟、应用最为广泛的一种,但高性能反渗透膜的研制仍是目前研究的热点之一。借鉴正渗透膜的制备方法,以聚酯筛网为支撑材料制备了非无纺布支撑的反渗透复合膜,研究了不同制备条件对膜性能的影响,并采用扫描电子显微镜对所制备复合膜的表面和断面进行了表征。结果表明,以聚酯筛网为支撑材料,聚砜为底膜聚合物,N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,PEG-400为添加剂时,制备的复合膜最佳水通量在38.5L/（m2.h）,NaCl截留率达到99%,明显优于以无纺布为支撑材料的反渗透复合膜的性能。此外,该复合膜在较长时间的运行过程中表现出良好的抗压密能力和耐污染性。     

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).     

管状多孔炭膜的研究

介绍了管状多孔炭膜的制备方法及应用,探讨了不同材料制备支撑体炭膜和炭－炭复合膜的效果及影响炭膜孔结构性能的主要因素。研究表明,煤和酚醛树脂均是良好的制膜材料,制得的支撑体炭膜不仅具有较高的孔隙率和气体通量,而且孔隙结构均一,机械强度高。膜材料的种类,粒度及炭化工艺条件等因素对炭膜的孔结构性能影响较显著。以酚醛树脂等高分子聚合物及煤热解产物为涂膜液制得的炭－炭复合膜其孔径明显的变小,孔径分布变窄。炭     

YSZ-Al2O3多孔复合膜的制备和表征

制备了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)膜层与氧化铝支撑体之间组分递变的YSZ-Al2O3复合膜层.为提高分离膜层的性能,考虑了组分递变及膜层厚度的控制.结果表明,复合膜层的热膨胀系数和烧结收缩率随着YSZ组分的增加而增加;烧结收缩率是选择复合膜层组分时应该考虑的主要因素.YSZ体积分数分别为20%和80%的YSZ Al2O3双层多孔复合膜,其可几孔径分别为0.72μm和0.36μm.该复合膜既是性能优良的微滤膜,也是制备氧化锆超滤膜和纳滤膜的良好支撑体.     

复合膜反渗透装置微生物污染的防治

简述了反渗透（ＲＯ）装置被微生物污染的情况及其危害．提出了防治复合膜反渗透装置微生物污染的方法，包括：ＲＯ前的预处理工艺的选择，采用紫外线杀菌器及电子除菌器；ＲＯ膜阻垢剂及抑菌剂的选择；ＲＯ系统停运时防止微生物污染的方法；ＲＯ系统被微生物污染后用杀菌剂药液清洗ＲＯ膜及系统．     

板状C/C复合膜的制备及其气体分离性能

以商用PMDA-ODA型聚酰胺酸为涂膜液,采取旋转涂膜技术在煤基板状炭膜支撑体上制备成C/C复合膜.研究了旋转涂膜次数、支撑体性质、支撑体表面预浸渍处理及加入表面改性剂对C/C复合膜气体分离性能的影响,采用扫描电镜对炭膜的复合效果和微结构进行表征.结果表明:随着旋转涂膜次数的增加,气体的渗透速率下降、分离系数增加;与无烟煤支撑体相比,以烟煤支撑体制备的C/C复合膜气体渗透速率和分离系数均较大;无烟煤支撑体经预浸渍处理后可以提高C/C复合膜的气体渗透速率;涂膜液中加入表面改性剂可以改善涂膜液和支撑体的复合效果,经一次涂膜即可制备出具有分子筛分性质的C/C复合膜.以烟煤为支撑体制备的C/C复合膜对H2/N2、CO2/N2和O2/N2的分离系数分别为94.3、18.3和10.2;空气中O2/N2分离系数为10.8,氧气的渗透速率为4.99×10-9 mol·m-2· s-1· pa-1,一次富集氧气浓度达到74.4％.     

反渗透复合膜技术进展和展望

简要介绍反渗透复合膜的发展现状和趋势.自1978年全芳香族聚酰胺复合膜的成功及其产业化,大大地促进了膜科技和海水淡化的发展,膜的品种不断增多,膜的性能不断提高,低压、超低压、极低压、高脱盐率、高通量、耐污染和抗氧化等一系列的各种复合膜相继进入市场.文章简述了膜材料的选择、传递机理(如:溶解扩散模型、优先吸附-毛细孔流动模型、氢键传递和水与离子通道等)、新的功能单体合成、支撑膜的改进、界面聚合的参数调控和后处理、有机-纳米无机粒子杂化、水通道和离子通道的建立和仿生等的研究进展和发展趋势.     

反渗透膜的污染机理及危害

在反渗透分离过程中,膜的污染是一个十分辣手的问题,它的出现造成了反渗透装置去除率和产水量的大幅度下降,严重影响着膜的使用寿命。为了防止污垢对膜性能的危害,使其保持稳定的淡化能力,本文从膜污染产生的原因入手,通过几种不同状况下污染形成的机理进行分析,提出了减径污染的可行方法,同时也针对不同的污垢提出了清洗配方。反渗透技术已在逐渐被人们认识,在许多领域中日益广泛地得到应用。在应用过程中膜的污染是一个必然出现的问题。对待“污染”采用正确的方法解决,将会大大延长装置的使用寿命,使反渗透技术大大发挥其效力。反之,则会使装置出现故障,造成不应有的损失。根据反渗透的基本原理:“优先吸附——毛细孔流动”的理论,膜的性能会因溶质的化学性质(或溶剂的化学性质)和膜表面材料化学性的改变而改变,因而膜的污染是一种正常现象。只要很好地了解了污染机理,就能减轻这种污染。     

磺化氧化石墨烯/聚砜复合膜的制备及抗污染性能

采用浸没沉淀-相转化法制备了磺化氧化石墨烯/聚砜（SGO/PSf）复合膜,对SGO/PSf复合膜的亲水性、纯水通量、孔隙率、表面Zeta电位、膜断面和表面形貌进行测定。为了分析SGO/PSf复合膜的抗污染性能,采用自制牛血清白蛋白（BSA）探针,借助原子力显微镜（AFM）测定了SGO/PSf复合膜与BSA之间的黏附力。结果表明,由于SGO与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的协同作用,SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的表面自由能最大（114.47 mJ/m2）,亲水性最好,对BSA的截留率为97.5%,污染恢复率达到80.06%。BSA与SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜之间的黏附力最小（-0.61 mN/m）,说明SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的抗污染能力最强。      

超声监测技术在膜分离过程中的应用研究

在膜分离过程中，膜通量总是随运行时间而下降．为了区分膜污染与浓差极化或者可能的膜形变对通量的影响，和选择适宜的清洗过程，对一种只敏感于膜表面状况的超声测量方法进行了广泛研究．通过平板膜(包括微滤膜、超滤膜和反渗透膜)以及卷式反渗透膜过程的应用实例，说明了这种实时、在线的超声时域反射法即Ultrasonic Time-Domain Reflectometry (UTDR)可以利用它的反射波的振幅和回声抵达超声传感器的时间来监测浓差极化、膜污染(例如CaSO4污染)与清洗过程，也可以用来测量膜的压紧度和污染层厚度．超声测量与传统膜性能测量结果有良好的关联，并具有区域性测量的特性．为了实用化目的，新近的研究进展也作了介绍．     

改性聚偏氟乙烯膜的油吸附性研究

排除因液体流动和压力梯度造成的浓差极化、油滴形变等影响因素,用静态吸附法考察膜对油分子的吸附规律.结果表明,膜对油分子的吸附属于一级动力学吸附,吸附过程的主要控制步骤是油分子在膜表面及膜孔内的扩散.Freundlich等温方程可以很好地描述膜对油分子的吸附,拟合后的常数K和1/n均较小,证明所用的改性聚偏氟乙烯膜对油分子的吸附能力较小,吸附强度较弱,也即改性聚偏氟乙烯膜耐污染,且易清洗.膜改性可以在处理低浓度含油废水时有效减少由于膜对油分子的吸附而造成的污染.     

高通量抗污染碳量子点/聚砜纳米复合分离膜的制备

先以4-氨基水杨酸(ASA)为原料发生水热反应合成碳量子点(CDs),随后将其共混分散在铸膜液中用非溶剂诱导相分离法制备了PSF/CDs纳米复合膜。透射电子显微镜(TEM)观测和傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实,CDs具有小尺寸和大量亲水基团的特点。使用水接触角分析(WCA)、扫描探针显微镜(SPM)和扫描电子显微镜(SEM)对分离膜进行了表征,发现纳米复合膜具有比原始膜更好的亲水性和更多的孔洞,从而使分离膜具有更高的通量和抗污染性能。PSF/CDs膜的通量回复率(FRR)超过90%,总污染率(Rt)低于60%,且可逆型污染为主要污染源。CDs含量(质量分数)为2%的复合膜整体效果最佳。具有更强抗污染能力的纳米复合膜,其水通量甚至为纯PSF膜的3倍。     

膜蒸馏污染研究

用膜蒸馏处理含有无机盐的溶液时 ,膜表面会出现盐结晶 ,从而影响膜蒸馏传递过程降低膜渗透通量。本实验研究了无机盐所形成的膜污染对膜渗透通量的影响 ,在无机盐浓度较低时 ,膜污染很小 ;当溶液盐浓度很高时 ,对于NaCl溶液而言达到 2 5 %左右时 ,膜污染急速产生 ,认为改善流体流态可以有效防止膜污染的出现     

pH对膜污染层EPS污染特征的影响及机理分析

溶液pH值不仅影响溶质的电荷等表面性质,同时也影响膜表面的特性,从而影响溶质与膜表面之间的相互作用和溶质在膜面的沉积量及膜通量.胞外多糖(Extracellular POlvsac-charides,EPS)是膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中主要的膜污染物质之一,从实际MBR膜污染层中分离纯化得到的EPS,在EPS引起膜污染机理分析的基础上,以过滤阻力、EPS在膜表面沉积量及膜通量为评价指标,综合分析不同溶液pH对EPS污染特征的影响,可为揭示MBR中EPS膜污染的成因和机理以及污染膜的清洗提供参考.结果表明,MBR膜污染层EPS的膜污染过程较好地符合沉积阻力模型,EPS在膜表面的污染主要是EPS沉积引起的;EPS溶液的pH越高,其与膜之间的排斥力越大,沉积量越少,沉积阻力越小,膜通量越高.pH为7.0时,沉积阻力为3.34×10~(11) m~(-1),沉积量为1.25 g/m~2,初始相对膜通量为9.8%.     

聚丙烯接枝聚丙烯酸微滤膜的pH响应性

研究了聚丙烯接枝聚丙烯酸微滤膜的pH响应性及其在牛血清蛋白溶液过滤中的抗污染性。聚丙烯酸(PAA)接枝链可提高膜亲水性,但会造成膜孔堵塞:在低接枝率(<17%)下,PAA大幅度提高膜亲水性,膜通量和pH响应性随接枝率的增加逐渐增大;接枝率过大(>17%)时,PAA对膜孔的堵塞作用占主导,膜通量和pH响应性逐渐下降。与未接枝膜相比,在碱性条件下接枝膜对牛血清蛋白(BSA)分子具有一定的抗污染性能,而酸性条件下则加剧BSA对膜的污染,但改性后接枝膜的通量大幅度增长,使这种膜在BSA类蛋白质的微滤领域仍有较好的应用前景。     

Ultrafiltration Membranes with Structure‐Optimized Graphene‐Oxide Coatings for Antifouling Oil/Water Separation

Fouling of ultrafiltration (UF) membranes in oil/water separation is a long‐standing issue and a major economic barrier to their use in a broad range of applications. Currently reported membranes typically show severe fouling, resulting from the strong oil adhesion on the membrane surface and/or oil penetration inside the membranes. This greatly degrades their performance and shortens service lifetime. Here, the use of graphene oxide (GO) as a novel coating material for the fabrication of fully recoverable, UF membranes with desired hierarchical surface roughness is accomplished by a facile vacuum filtration method for antifouling oil/water separation. The combination of ultrathin, “water‐locking” GO coatings with the optimized hierarchical surface roughness, provided by the inherent roughness of the porous supports and the corrugation of the GO coatings, minimizes underwater oil adhesion on the membrane surface. Cyclic membrane performance evaluation tests revealed approximately 100% membrane recovery by facile surface water flushing, establishing their excellent easy‐to‐recover capability. The novel GO functional coatings with optimized hierarchical structures may have broad applications in oil‐polluted environments.     

The progress on antifouling organic coating: From biocide to biomimetic surface

The advancement in material science and engineering technology has led to the development of antifouling(AF) coatings which are cheaper, durable, less toxic, and safe to the environment. The use of AF coatings containing tributyltin compounds was prohibited at the beginning of 2003, this necessitated the development of environmentally friendly coatings. The fouling release coating(FRC) lacks biocides and has low surface energy, low elastic modulus with smooth surface properties, hence a better release effect to fouling organisms. Several functional coatings have been recently developed based on fouling release(FR) technology to combat the effects of biofouling. Here, we provide a brief overview of innovative technologies and recent developments based on FRCs, including silicone, modified fluorinated polymer,cross-linked coatings, amphiphilic copolymer coating, hydrogel coatings, and biomimetic coatings. We also highlight the key issues and shortcomings of innovative technologies based on FRCs. This may give new insights into the future development of marine AF coatings.     

仿生防污材料的研究进展

船舶表面的生物污损会带来极大的危害,如何防除生物污损已成为一个世界难题。尽管氧化亚铜等有毒防污剂可以有效防止海生物的附着污损,但这类防污剂对非目标生物也具有负面作用,可能带来严重的生态问题。随着国际社会对有毒防污剂和海洋环境的日益关注,发展环境友好型防污材料已势在必行。人们经常观察到自然界许多生物并没有被其它生物种类寄生聚居,这是因为在自然界中生物自身存在着各不相同但极为有效的防污机制,包括化学性质、物理性质、机械清理、生活习性,以及各种防污机制的组合等,这为研制环境友好型仿生防污材料提供了依据。综述海洋环境中仿生防污材料的研究进展,重点介绍了基于生物防污剂、表面微结构、水凝胶、抗蛋白吸附等特性进行防污的仿生材料研究,并阐述了我国在该领域已经取得的重要技术突破和主要技术成果,展望了仿生防污技术的发展趋势。