天津工业大学成功研发全自动中空纤维膜纺丝设备

天津工业大学分离膜与膜过程国家重点实验室/分离膜科技国家级国际合作研究中心李建新教授团队成功研制出全自动非溶剂致相分离(NIPS)中空纤维膜实验纺丝设备并试车成功.该设备实现了“一机双膜”,可同时纺制聚合物中空纤维膜微滤/超滤膜和带内衬中空纤维复合膜或中空纤维膜表面涂覆改性复合膜.该设备实现中空纤维膜制备全过程技术参数计算机全自动控制,具有操作页面可视化、上位机过程监控、数据交换与信息集中处理等特点.自动化控制系统实现了中空纤维膜制备设备核心技术和关键技术的自主可控,极大提高了纺丝效果的稳定性、精确性,同时也降低了产品的误差率和人工成本的支出.

离子型聚酰亚胺膜制备及其镁锂分离性能

以二氨基二苯并14冠4(DAB14C4)、2(3,5二氨基苯基)苯并咪唑(DABI)与4,4六氟异丙基邻苯二甲酸酐(6FDA)为单体,通过缩聚反应、季铵化反应、离子交换反应制备了一种新型聚酰亚胺聚合物.采用NIPS法制备聚合物多孔膜,并进行离子扩散实验.结果表明,成功合成冠醚咪唑基离子型聚酰亚胺(PI-C-IL-NTf_(2)),其冠醚固载量为0.97 mmol/g,咪唑固载量为0.51 mmol/g,NTf_(2)^(-)阴离子取代度为72%,分子量为30000,玻璃化转变温度为170.1℃.制备的聚合物多孔膜结构为上层致密,支撑层为均匀贯穿的通孔;平均孔径为(8.95±0.4)nm,孔隙率为(74.8±0.7)%,机械强度为5.2 MPa,纯水接触角为71.2°,纯水渗透率为285 L/(m^(2)·h·MPa).多孔膜对Li^(+)和Mg^(2+)渗透速率分别为0.258和0.0455μm/s,Li/Mg分离因子为9.49.

金属有机骨架(MOFs)基复合质子交换膜的研究进展

近年来,金属有机骨架(MOFs)材料由于具有超大的比表面积和丰富的孔道结构,作为一种新型的质子导体在质子交换膜中的应用受到越来越多的关注。随着研究的不断深入,为进一步提升MOFs复合质子交换膜的各项性能,MOFs材料在质子交换膜中的物理形态逐渐由颗粒状向连续相发展,MOFs材料的组分也呈现出由单一组分到双组分的发展态势。本文以质子交换膜中MOFs材料的物理形态为主线,将其划分为MOFs晶体/聚合物质子交换膜、第三相增强MOFs/聚合物复合质子交换膜和MOFs纳米纤维/聚合物复合质子交换膜,全面综述了MOFs材料在质子交换膜中的研究进展,并对MOFs复合质子交换膜的发展方向进行了展望。

PEO/聚吡咯中空纳米微球混合基质膜的制备及其CO2渗透分离性能

采用壳层具有介孔结构的聚吡咯中空纳米微球作为填料,和聚氧化乙烯单体共混自由基聚合制备了混合基质膜。结果表明,聚吡咯微球与基质相容性较好,未见明显团聚现象和缺陷。混合基质膜的渗透系数随填料含量的增加先增大后减少,在0.5%处达到最大值,CO2渗透系数增长31%;CO2/N2分离系数有所降低,CO2/CH4分离系数则变化不大。研究表明,由于聚合物链段对微球壳层的介孔填充,气体在膜内的扩散系数不升反降,渗透系数的提高主要是由于溶解度系数的变化,而这也导致了溶解选择性的变化,进而影响了分离系数。

微米级TiO_2/AC催化剂在光催化-膜分离耦合反应装置中降解酸性红B废水

采用X射线衍射分析、扫描电镜分析和傅里叶红外光谱分析对溶胶-凝胶法制得的负载型微米级Ti O_2/活性炭(AC)催化剂性能进行了表征,并对其在光催化-膜分离耦合反应装置中光催化降解酸性红B废水时的性能和膜通量的影响进行了研究。结果表明:在最佳煅烧温度400℃时负载的Ti O_2以锐钛矿为主,与载体活性炭之间以Ti—O—C键结合,且分布较为均匀;微米级Ti O_2/AC催化剂的光催化降解性能随其煅烧温度的升高和粒径的减小而均呈现为先增加、后降低的趋势,Ti O_2/AC对膜通量的影响则随煅烧温度的升高和粒径的减小而呈先降低、后增加的趋势,且Ti O_2/AC粒径以10.272μm为宜。椰壳活性炭为载体的Ti O_2/AC催化剂的光催的化降解性能高于褐煤活性炭为载体的,且前者对膜通量的影响更小。微米级Ti O_2/AC催化剂的光催化降解性能高于商业Ti O_2的,且对膜通量的影响比商业Ti O_2的低。

分离膜在转移因子生产中的应用

为提高转移因子的生产效率,采用管式微滤+超滤装置代替透析袋的工序提取猪脾脏中的转移因子,研究分离膜工艺中猪脾脏均质液的稀释方法、冻融次数及膜清洗恢复情况.实验结果表明:脾脏均质液冻融3次,采用纯水1∶1(体积比)稀释,在过滤过程中不断添加纯水以降低操作温度并提高过滤效率.微滤和超滤操作约3 h完成,操作温度始终低于37℃,更适宜转移因子的生产,超滤透过液中多肽、核糖的含量也符合半成品的要求.改进后的工艺操作简单,成本低,生产周期短,可适用于大规模工业生产.

预氧化聚丙烯腈纳米纤维膜声学性能研究

通过对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜进行预氧化处理,制备了声学性能优异的预氧化聚丙烯腈(OPAN)纳米纤维膜。研究了纳米纤维直径和孔隙率对声学性能的影响,结果表明:OPAN纳米纤维膜在全频率范围(1 k~10 kHz)内的声损值为-2.01 dB~+3.12 dB,且随着纳米纤维直径的增加,声损值呈增大的趋势。为了提高OPAN纳米纤维膜的模量,在PAN纳米纤维膜中引入了聚酰胺酸(PAA),在PAN预氧化的同时,PAA被热亚胺化,最终得到OPAN/PI纳米纤维膜。当OPAN/PI质量比为7∶3时,纳米纤维膜具有最高的杨氏模量(2000.07 MPa)和最低的声损值1.24 dB(1000 Hz)。此外,与OPAN纳米纤维膜相比,OPAN/PI纳米纤维膜因其杨氏模量更高,在低频(100-1000 Hz)范围内声损值更低。

芳香族聚酰胺分离膜制备方法及应用进展

为更好地了解可用于特种分离领域的芳香族聚酰胺分离膜材料研究现状,综述了国内外近年来以芳香族聚酰胺为成膜聚合物的多孔分离膜材料研究进展,重点评述了现阶段芳香族聚酰胺多孔分离膜的制备方法及其特点,着重分析了芳香族聚酰胺多孔分离膜在废水处理、空气过滤、锂离子电池隔膜以及纤维增强膜等领域的应用现状。最后提出芳香族聚酰胺多孔分离膜目前仍存在的不足,并展望了芳香族聚酰胺多孔分离膜的应用前景及发展方向,以期为实现芳香族聚酰胺多孔分离膜的低能耗、高效率制备以及高值化利用提供参考。

原位生长孤立铁4A-Fe/聚醚砜复合膜的制备及其类Fenton降解苯酚性能

将膜分离与Fenton氧化技术结合,旨在实现有机废水的高效降解和催化剂的连续再利用.采用非溶剂致相分离法制备4A沸石/PES混合基质膜,通过浸渍法在4A沸石表面原位生长孤立铁物种,制备了4A-Fe/PES复合膜.利用SEM、FTIR、XPS等手段对膜形貌和结构进行详细表征.探究该膜在静态和动态条件下对苯酚的降解性能,并比较4A-Fe催化剂在粉末和膜形态下对H_(2)O_(2)分解的影响.结果表明,孤立铁的原位生长使沸石表面粗糙.动态条件下的降解效率显著高于静态,在pH值为2、H_(2)O_(2)添加量为31.6mmol/L、苯酚浓度为200mg/L条件下,仅1min内降解率可达96.1%.催化动力学显示,在pH值为2时,膜态降解速率是粉末态的56倍.经过5次循环,该膜对苯酚的降解率仍保持在90%以上.

己二酸调控聚醚砜/磺化聚砜致密超滤膜结构及染料/盐选择分离性能

以聚醚砜(PES)和亲水性磺化聚砜(SPSf)为原料进行共混,以己二酸为致孔剂,采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备PES/SPSf致密超滤膜(UF),重点考察铸膜液中己二酸含量对PES/SPSf共混膜结构和性能的影响规律.结果表明,随着铸膜液中己二酸含量增加,铸膜液黏度逐渐增加,膜断面结构逐渐由指状孔转变为海绵体结构.当己二酸添加质量分数为11%以及聚合物质量分数为31%(PES/SPSf=84/16)时,所制备共混膜断面为完全的海绵体结构.该膜切割分子量(MWCO)约为7250,平均孔径约为1.81 nm,纯水通量为144 L/(m2·h)(操作压力0.2 MPa).共混膜处理刚果红(CR)与Na2SO4混合液时,对刚果红截留率保持在100%,Na2SO4截留率<25%,显示出优异的染料和盐选择分离性和稳定性.处理靛蓝磺酸钠(IC)/CR/Na2SO4三元体系时,其染料截留率分别为93.1%和100%,同样表现出优异的染料和盐选择分离性和稳定性.

不对称静电场强化膜蒸馏过程的研究

采用聚四氟乙烯膜,以真空膜蒸馏过程为例,通过在膜的两侧放置形状不同的电极,并使渗透侧的场强大于原料侧的场强,建立不对称静电场强化膜蒸馏过程,使极性分子水在电场梯度力的作用下,加速向渗透侧迁移,从而提高水分子的渗透通量.结果表明,在相同实验条件下,附加不对称静电场的强化过程较传统的膜蒸馏过程的水渗透通量有很大幅度提高,在电压梯度为170kV/m的针板电场中,水通量提高率可达50%.还探讨了不对称静电场强化膜蒸馏过程在脱盐、染料废水处理以及热敏性药物浓缩领域的应用.结果表明,不对称静电场可以同时提高水通量和分离性能.

氨基苯并-15-冠-5接枝聚砜多孔膜填充膜色谱构建及锂同位素吸附分离性能研究

以4-氨基苯并-15-冠-5(AB15C5)和氯甲基化聚砜(CMPSf)为原料,通过亲核取代制备4-氨基苯并-15-冠-5接枝氯甲基化聚砜聚合物(PSf-g-AB15C5),并采用反应-控制浸没沉淀相转化法制备冠醚接枝聚砜多孔膜.以该膜为填充介质,采用层层叠加的方法构筑出20层膜色谱柱,以淋洗色谱法探索其锂同位素吸附分离规律及膜色谱分离动力学.结果表明,相较于原始丰度,膜色谱一次淋洗对7Li和6Li丰度分别提升了0.06%和0.04%.7Li富集在色谱带前端,6Li富集在色谱带后端,膜色谱分离因子为1.014.冠醚接枝聚砜聚合物膜对锂离子的吸附过程更适合于准二级动力学方程,其吸附速率的大小由化学吸附控制.

聚偏氟乙烯接枝共聚物纤维膜的制备及油水分离研究

本文以原子转移自由基聚合制备聚偏氟乙烯(PVDF)接枝聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(POEGMA)共聚物(PVDF-g-POEGMA),再用静电纺丝技术制备PVDF-g-POEGMA纤维膜,最后经过热处理工艺使共聚物中亲水链段在膜表面富集以改善膜的亲水性能,得到用于油水分离的PVDF静电纺丝纤维膜(PVDF-g-POEGMA-w).结果表明,PVDF-g-POEGMA-w膜的水接触角在5 s内从85°变成0°,拉伸强度为2.7 MPa,爆破压力为3.01 kPa.在"死端"过滤装置中,改性膜在10 cm高度液柱驱动下分离分散油,其水通量为11630 L/(m^(2)·h),表现出高通量的优点,对乳化油和分散油的截留率均为99%以上.经过3次循环污染测试,改性膜的通量恢复率保持在91%以上,表现出良好的抗污染能力.

光催化-膜分离耦合反应装置中TiO_2/AC的基本特性

采用溶胶-凝胶法制备了以活性炭为载体的负载型微米级TiO_2/AC催化剂,并利用XRD、SEM表征了TiO_2/AC的结构,考察了其在光催化-膜分离耦合反应装置中的光催化降解性能及其对膜通量的影响变化规律。结果表明:负载的TiO_2以锐钛矿为主,且分布较匀;微米级TiO_2/AC催化剂的光催化降解性能随催化剂投加量和酸性红B废水质量浓度的增加而先增大、后减小,亦随活性炭粒径的减小而先增大、后减小,膜通量随活性炭粒径的减小而先增大、后减小,适宜催化剂投加量和酸性红B废水的浓度以及活性炭粒径分别为0.7 g/L、18 mg/L和2.126μm。膜通量随膜底曝气量的增加而增大,并以0.042 m^3/h为宜,反冲洗能有效减缓催化剂引起的膜污染。

热致相分离法偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制备及性能

以偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物[P(VDC-co-VC)]为成膜聚合物,邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为稀释剂,采用热致相分离(TIPS)法制备了具有多孔结构的P(VDC-co-VC)膜.通过聚合物-稀释剂二元体系相图、场发射扫描电镜(FESEM)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、纯水通量、接触角、孔径及其分布、截留率及力学性能等研究了聚合物含量对P(VDC-co-VC)多孔膜结构和性能的影响.结果表明,P(VDC-co-VC)-DMP二元体系成膜过程以液-液(L-L)分相为主,随着聚合物含量增加,膜的横截面由类花瓣状结构向胞腔状结构转变,膜的孔连通性降低,结构变得较为致密,同时膜上表面孔隙率降低,粗糙度增大. L-L分相时间和聚合物含量的变化,导致膜结晶度先降低后增大.聚合物含量的增加使膜上表面接触角、断裂强度及蛋白截留率增加,但膜的平均孔径、孔隙率及纯水通量先增加后减小.当聚合物质量分数为30%时,所得膜通透性较优,断裂强度可达7.5MPa.

孤立铁/聚醚砜复合膜的制备与膜的油水分离及对苯酚的降解性能

针对复杂含油废水的处理,发展能同时分离油水混合物并能降解其中酚类等有机污染物的技术是未来油水分离膜的研究重点。文中以聚醚砜(PES)为膜材料,通过双凝固浴相转化法制备了高通量、抗压密性好的海绵孔结构PES基膜。通过在膜表面共沉积聚多巴胺(PDA)和聚乙烯亚胺(PEI)来负载孤立铁物种(4A-Fe)催化剂颗粒,得到了4AFe/PES膜。考察了4A-Fe/PES膜的油水分离性能和苯酚催化降解性能。结果显示,4A-Fe/PES有较好的亲水性、优异的水下超疏油性及抗油黏附性。且在动态分离乳化油水混合物的同时,实现了对油水乳液中苯酚的有效降解。在pH=2时,溶液循环50 min后膜对苯酚的降解率达到98.4%,在此过程中油水乳液的分离效率保持在99.8%,且重复使用3次后,膜的分离效率仍然能达到94.2%以上。

光热膜蒸馏用光热转换材料的研究现状

面对全球淡水资源的短缺,光热膜蒸馏因具有能源环保可持续、低能耗、高截盐、不易结垢等优势成为极具吸引力的新型海水淡化技术,其渗透通量与膜的光热转换性能密切相关。介绍了以金属纳米材料、无机半导体材料、碳基材料、聚合物材料及其他材料为光热转换材料的光热膜蒸馏的研究进展,并指出光热膜蒸馏面临的主要挑战和对未来的展望。

油水分离膜在废润滑油再生工艺中的可行性应用

采用油水分离膜处理废润滑油,考察其在不同温度和压力时对不同黏度的润滑油的过滤通量和处理效果;测试膜过滤前后润滑油的主要性能指标;最后分析了膜污染影响因素和膜清洗方法。结果表明,随着过滤温度与压力的增大,过滤膜通量提高。油水分离膜工艺处理废润滑油后,过滤油的含水率降为70 mg/kg,油泥氧化指数降为0,过滤油清洁度等级降为ISO17/15/≥10级,水分、油泥与机械磨损颗粒减少,该工艺能有效处理废润滑油中的水分与油泥。通过物理反洗有效地减缓了膜污染,增加了分离膜的使用寿命。

复合材料膜油水分离的研究进展

在工业生产中,含油污水对环境产生很大破坏。油污水的有效的处理方法是膜分离技术。本文介绍了超亲水疏油、超亲油疏水型油水分离膜材料,讨论了不同类型膜的分离通量和分离效率等优良性能,并对油水分离膜的前景和未来进行了展望。

静电纺树枝状聚乳酸纳米纤维膜的制备及其过滤性能

为开发可用于空气过滤的纳米纤维,利用静电纺丝技术一步法制备了树枝状聚乳酸(PLA)纳米纤维膜,探讨了溶剂种类、四丁基氯化铵(TBAC)添加量和纺丝电压对纤维膜形貌结构和性能的影响,同时研究了TBAC添加量和纤维膜厚度对纤维膜过滤效果的影响。结果表明:溶剂为二氯甲烷,PLA和TBAC质量比为8∶1,纺丝电压为30 kV时,制得的纤维膜树枝状结构最为明显,其断裂应力和品质因数分别为23 MPa和0.068,优于纯PLA纤维膜的5 MPa和0.059;随TBAC质量分数的增加,纤维膜的接触角由118°降低至54.5°;当具有明显树枝状结构的纤维膜厚度从10μm增加至40μm时,过滤效率和压降均增大,且当膜厚度为20μm时,过滤效率达到99.89%,阻力约为96.08 Pa,可满足高效空气过滤需求。