对位芳香族聚酰胺复合纳滤膜制备及高温纳滤性能

本文以对位芳香族聚酰胺(PPTA)超滤膜为基膜,无水哌嗪(PIP)与1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)分别作为水相单体和油相单体,采用界面聚合法制得高通量耐热PPTA/PA复合纳滤膜.研究了反应条件对PPTA/PA复合纳滤膜高温纳滤性能影响,观察了复合纳滤膜表面形貌与致密层结构,考察了渗透通量、耐热性以及抗污染等性能.结果表明,当PIP浓度为15%wt,TMC浓度为2.5%wt,热处理温度和时间分别为60℃和8 min时,所得PPTA/PA复合纳滤膜对不同染料分子截留率可达95%以上,对二价盐截留率可达90%以上.在高温条件下,所得PPTA/PA复合纳滤膜表现出优良的染料脱盐性能,在刚果红染料与Na_(2)SO_(4)截留率保持在99%的同时,渗透通量可达50 L·m^(-2)·h^(-1)·MPa^(-1)以上.

复合聚酰胺膜的制备及其改性

过滤材料广泛应用于多个行业,以胺类单体/哌嗪单体与酰氯单体构建聚酰胺膜,这一技术已经非常成熟,但是受限于使用场景的不同,单一聚酰胺膜已经很难应对现在的问题。从聚酰胺膜的制备以及表面的改性论述了改性后复合聚酰胺膜的优势。根据国内外的研究探索过滤材料在不同场景下的着重点,重点阐述中间层改性与表面改性后对于聚酰胺膜性能的提升,同时对骨架结构复合聚酰胺膜的应用场景进行了讨论与展望。

添加改性超交联微孔聚合物提升聚酰胺反渗透膜脱盐性能

聚酰胺反渗透膜是目前广泛应用的一款商用化水处理膜。然而其表面活性层聚酰胺的结构致密,会导致水通量与截盐率出现“trade-off”现象。针对该问题提出,选择具有多孔结构的、亲水性超交联聚合物复合材料作为添加剂,在界面聚合过程中引入聚酰胺活性层中,为水分子提供更多水通道。同时,纯烃本质的超交联聚合物与聚酰胺的高度相容性,保证了反渗透复合膜的高效截盐性能。经过脱盐性能测试,结果显示添加3.0 mg PDA@HCP-B-SO_(3)H的反渗透复合膜具有最高的水通量为44.4 L·m^(-2)·h^(-1),截盐率高达99.6%。相比于聚酰胺反渗膜,3.0-PDA@HCP-B-SO_(3)H PA RO的水通量提升了26.5%,截盐率基本保持不变;相比于只嫁接-SO_(3)H的HCP-B-SO_(3)H PA RO,水通量提升了11.6%(35.0 L·m^(-2)·h^(-1)上升至39.8 L·m^(-2)·h^(-1)),截盐率基本持平。这说明添加具有多孔结构的、亲水性强的改性超交联聚合物作为添加剂,是一种十分有效地提升聚酰胺反渗透膜性能的方法。

聚酰胺薄层复合膜的耐氯改性研究进展

易氯化降解制约了聚酰胺薄层复合膜(PA-TFC膜)在脱盐和工业分离等领域的进一步推广和应用.对此,本文归纳了PA-TFC膜受活性氯攻击的氯化机理研究现状,在此基础上,从复合膜结构出发,着重综述了该类型膜耐氯改性的最新研究进展,包括表面改性、PA层改性、支撑层改性和构筑新型耐氯分离层.最后进行总结并作出展望,以期为提升PA-TFC膜的耐氯性能及长期运行稳定性提供参考.

基于中间层策略构筑高性能聚酰胺复合膜的研究进展

以聚酰胺层为选择性分离层的复合膜在海水淡化和水回用中得到了广泛研究。在多孔基膜和聚酰胺层之间构建中间层是克服传统复合膜在渗透性和选择性之间权衡效应(即“Trade-off”效应)的有效策略。有机材料和各维度的纳米材料都可形成稳定的中间层,通过改变反应表面的理化性质有效调控界面聚合过程。具有中间层结构的复合膜可以在保证高选择性的前提下显著减小聚酰胺层厚度,进而提升膜的渗透性。本文讨论了常见的中间层构建方法,通过归纳各类中间层材料的研究进展,系统分析了中间层影响界面聚合过程和聚酰胺层结构的机理,最后总结了中间层策略存在的关键问题并对其研究前景进行展望。

放射性废水处理中聚酰胺复合膜辐射效应研究进展

聚酰胺复合膜可被用于反渗透、正渗透、纳滤等水处理工艺,近年来在放射性废水处理中越来越受青睐。辐射是放射性废水区别于常规废水的显著特征,对有机分离膜稳定性提出了很大挑战。本文在分析放射性废水辐射源项的基础上,介绍了辐射对聚酰胺复合膜表面颜色、分离性能、微观结构、表面功能基团与氢键、亲水性、元素组成、力学性能等方面的影响,探讨了辐射诱导膜材料再交联和降解的反应机理,分析了聚酰胺复合膜处理放射性废水的可行性。最后,提出了聚酰胺复合膜辐射效应研究需要关注的几个问题。本文研究的聚酰胺复合膜辐射效应结论对于分析辐射对复合膜结构和性能的影响、探索有机分离膜的辐射损伤机理、开展耐辐射有机分离膜设计具有重要的参考价值。

聚酰胺复合膜微孔支撑基底的研究进展

通过界面聚合法获得的聚酰胺复合膜在污废水处理、海水淡化等领域得到广泛应用,然而聚酰胺复合膜的结构对其应用起到关键作用,以往研究多数聚焦在分离层,而对复合膜微孔支撑基底的研究相对较少。研究表明,微孔基底的物化特征对于聚酰胺分离层结构的形成及复合膜性能起着至关重要的影响作用。为此,本文从支撑基底的制备工艺出发,围绕微孔基底的不同改性手段,介绍了传统基底改进方法和新型基底的材料与结构,并探讨了基底结构对压力驱动膜(纳滤、反渗透)与渗透压驱动膜(正渗透)分离层结构与性能的影响。分析表明,具有高孔隙率、亲水性好的微孔基底可有效调控界面聚合过程中单体的储存与扩散,有利于获得高渗透和高选择性能的聚酰胺复合膜。因此,未来仍需从聚合物材料及纳米改性等几个方面,发展更具潜力的微孔基底材料与结构,以推动聚酰胺复合膜的应用发展。

去除水相的辊压力度对界面聚合制备聚酰胺复合纳滤膜的影响

界面聚合过程中去除水相时的辊压力度大小对生成聚酰胺(PA)层的结构与性能有着重要影响,然而辊压力度的选择通常仅根据经验而未定量化.本研究在界面聚合制备薄层复合聚酰胺纳滤(TFC NF)膜时选用0、10、20、30、50 N共5种去除水相的辊压力度,探究辊压力度对PA层结构和TFC NF膜渗透选择性及机械性能的影响规律.结果表明,当辊压力度从10 N增加至50 N时,哌嗪渗入基底孔内的深度增加,界面聚合倾向于在孔内更深的位置发生,进而导致基底孔内PA厚度增加,水传质阻力升高,TFC NF膜水渗透系数降低.当辊压力度为10 N时,所制得的TFC NF膜的综合性能最为优异,膜的水渗透系数达120.3 L/(m^(2)·h·MPa),高于辊压力度为0 N时的100.8 L/(m^(2)·h·MPa)与20 N时的115.8 L/(m^(2)·h·MPa);一/二价离子的分离因子为14.9,高于辊压力度为0 N时的13.8与20 N时的14.2;同时保持较好的机械性能.本工作通过调节界面聚合去除水相的辊压力度,实现了对TFC NF膜渗透选择性的调控,为制备高性能TFC NF膜提供借鉴.

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。

超低压高通量聚哌嗪均苯三甲酰胺／聚砜纳滤复合膜的研究

主要进行了4个方面的研究,首先系统分析和研究了哌嗪水溶液／均苯三甲酰氯正己烷溶液界面聚合体系特征、界面聚合反应中各影响因素对膜性能的影响等,结果表明:当界面处两相单体(哌嗪和酰氯)分矛摩尔比为某一比值时,通过控制界面聚合时间,可以形成超低压高通量高脱盐的致密功能层,如复合膜(Ⅰ),水相浓度为0．4％,有机相浓度为0．1％,聚合时间1min。改变两相单体浓度可以获得不同通量和脱盐性能的纳滤复合膜,如适当提高有机相浓度至0．5％得复合膜(Ⅱ)。70℃,20min下热处理可以进一步改善复合膜的脱盐性能。分析认为造成平板复合膜(Ⅰ)和中空纤维复合膜(Ⅲ)性能差异的主要原因,除了平板基膜与中空纤维基膜因表面曲率不同可能引起在涂覆时形成的致密功能层结构上的差异之外,由于中空纤维膜受外压时,膜内部承受的应力形式与平板膜不同,同时在径向(膜厚度方向)和环向(膜面内方向)两个方向产生压应力,因此,所发生的形变也较为复杂,可能造成表面复合层的起皱或脱落,引起脱盐率下降。利用衰减全反射一傅立叶变换红外(FTIR-ATR)对不同聚合时间的平板复合膜表面进行了特征吸收定量分析,研究发现,聚酰胺功能层随聚合时间不断增厚,这说明已形成的聚酰胺功能层不能屏障两相而使反应终止,相反由于哌嗪单体的分子量远低于纳滤截留分子量的范围,很易扩散穿过功能层达到两相界面,继续与有机相单体酰氯反应。而随着功能层厚度的增加,分子的扩散阻力增大,一方面使得界面聚合反应趋缓,功能层厚度的增加逐渐减慢,另一方面,单体分子扩散速率的减小会引起界面处两种单体摩尔数的比值失衡,使后期发展的功能层结构不完善,因此,脱盐率随后期功能层的发展变化不大,而使膜通量逐渐下降。其次,研究了非溶剂添加剂对聚砜／DMAc溶液的作用:(1)PVP、PEG、水、LiCl饱和水溶液等都与DMAc有较强的作用,因而对溶液有较大的增粘作用;(2)醇类(甲醇、乙醇)对溶液没有明显的增粘作用,甚至稍有稀释作用;(3)丙酮稀释作用较强,使溶液粘度降低。此外,对含有第一类NSA的PSf／DMAc溶液的流变性研究,均属于切力变稀流体。利用双插入管纺丝组件／共挤出复合纺丝技术,通过调整内外纺丝液组成、挤出比和凝固条件等纺制了不同形态结构的中空纤维基膜,并进行了复合研究,结果表明,具有薄而致密皮层结构的基膜,复合时间短,所得复合膜的脱盐率高、通量大、操作压力低。目前纺制的复合效果较好的聚砜中空纤维基膜通量高于200 L·m-2·h-1,对PEG20000的截留率达99％。第三,利用多种手段对聚哌嗪酰胺／聚砜复合膜的结构与性能进行了研究,特别是针对聚哌嗪酰胺功能层的结构进行了研究。主要发现有两点:一是利用分子模拟技术推断聚哌嗪均苯三甲酰胺分子为准平面网状结构,“网眼”直径约1．5nm;又由于广角X光衍射(WAXD)结果显示聚哌嗪均苯三甲酰胺为无定型结构,因此推断致密功能层是这些“网”无规地层叠而构筑的。当分子层间距小于“网眼”直径时,层间距就决定了功能层的截留性能,当受压层间距减小时,复合膜的脱盐率也因此增大。因此,从理论上讲,聚哌嗪均苯三甲酰胺功能层的最大孔隙应为1.5nm。二是利用XPS技术对超低压高通量高脱盐纳滤平板复合膜进行了分析,发现聚酰胺脱盐功能层在基膜表面上是整体覆盖的,厚度在2- 5nm。最后,将所制的低脱盐纳滤中空纤维复合膜应用于多肽的分离实验,结果表明它能够脱除体系中的柠檬酸和磷酸二氢钠,截留分子量约800的多肽,从而实现盐／多肽混合溶液体系的分离。

中国香港大学汤初阳教授团队在模拟量化纳米空隙增强的聚酰胺复合膜水通量研究方面取得新进展

中国香港大学(The University of Hong Kong)汤初阳教授团队近期于Journal of Membrane Science期刊(2023,675,121555)发表了题为“Modeling nanovoid-enhanced water permeance of thin film composite membranes”的模拟工作。该文章第一作者为博士研究生胡耀文,通讯作者为王飞博士和汤初阳教授。本研究利用流体力学软件COMSOL进行二维模拟,以系统性研究纳米空隙对TFC膜内部水传输行为的优化改进机理,探讨纳米空隙对膜表面通量分布和膜污染倾向的影响。

聚哌嗪酰胺复合纳滤膜研制

以聚砜为支撑底膜 ,以哌嗪和均苯三甲酰氯为单体 ,经界面聚合反应制备聚哌嗪酰胺复合纳滤膜 .详细研究了聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的成膜规律和分离性能 .研究结果表明 ,以聚砜为支掌底膜 ,采用界面聚合法 ,选择合适的成膜工艺 (支撑底膜孔径、水相和有机相组成、热处理温度等 ) ,可制备分离性能优越的聚哌嗪酰胺复合纳滤膜 .

海水淡化聚酰胺复合反渗透膜的发展趋势与展望

水资源短缺是当今全世界都面临的一个问题.能够把海水转化为人类可应用淡水的海水淡化技术为人们应对水资源危机提供了有效的途径,成为近几十年全人类关注的焦点.分离效率高、操作简单等优点使反渗透膜法海水淡化技术远远优于蒸馏等热法海水淡化技术,成为目前海水淡化的主流技术.聚酰胺复合反渗透膜具有高的通量和盐离子截留率、优良的耐压性能、宽的适用温度和酸碱度范围,已经成为全球反渗透膜的主导.但是,聚酰胺反渗透复合膜仍旧面临三个方面的问题:高能耗导致的相对较高的成本,易于污染,耐氯性较差.所以,其发展方向也主要是集中在这三个方面.本文结合膜法海水淡化技术和淡化膜的发展形势,围绕聚酰胺淡化膜的3个问题进行评述,并对其以后的发展进行展望.

聚酰胺反渗透复合膜成膜机理初探

为了更好地把握聚酰胺类复合膜的成膜规律,以指导复合膜的进一步提高,本文对其成膜机理进行了初步探讨,这主要包括单体、官能团、反应活性、反应过程和有关参数的影响等,即从热力学和动力学的几个方面的初步认识。本研究为制备高性能和高分子量的复合膜提供了必要的参考。

界面缩聚法制备聚酰胺复合纳滤膜——I.复合纳滤膜的制备及其结构

利用界面缩聚法制备聚酰胺复合纳滤膜 ,并系统地研究了单体浓度、单体种类、酸吸收剂浓度、乳化剂及基膜等因素对纳滤膜的结构与性能的影响。制得的复合纳滤膜在 0 .6MPa的操作压力下 ,对 1 g/L的 PEG60 0、Na2 SO4 溶液截留率分别达到 90 %和 95 % ,通量为 45 L /( m2 · h) ,同时结合接触角测定仪和原子力显微镜对纳滤膜表面的测定结果 。

磷钼钒杂多酸/聚酰胺-胺复合膜修饰电极的制备及电催化性能

通过静电层层自组装方法在预修饰聚二烯丙基二甲基氯化铵的电极基片上制备了Dawson型磷钼钒杂多酸/聚酰胺-胺多层复合膜.用X射线光电子能谱、紫外-可见光谱、循环伏安法和原子力显微镜分析表征了多层复合膜的形成过程;用循环伏安法表征了该复合膜修饰电极的电化学性能,研究结果表明,该复合膜修饰的电极稳定性好,对亚硝酸盐、溴酸盐的还原以及抗坏血酸的氧化具有良好的催化活性.

纳米碳管改性聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备

采用混酸(H2SO4/HNO3=3/1(V/V))处理多壁碳纳米管(MWNTs)制备了羧基化碳管(Carboxylated MWNTs),并与哌嗪(PIP)反应,制备了胺化的多壁纳米碳管(Amine functionalized MWNTs)。以聚砜(PSf)超滤膜为基膜,以均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体和胺化的多壁纳米碳管与哌嗪(PIP)为水相单体,采用界面聚合法制得多壁碳纳米管改性聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(RAM)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)和静态接触角表征了改性前后碳纳米管和复合膜的结构,结果表明哌嗪成功氨化改性了碳纳米管,基膜表面复合了一层聚哌嗪酰胺膜。重点考察了碳管在水相中添加量、TMC浓度、聚合时间对复合膜性能的影响,结果显示,在有机相单体浓度为1 g?L?1,水相单体浓度为2 g?L?1,水相中多壁碳纳米管的浓度为0.1 g?L?1,反应时间为45 s,复合膜的纯水通量为85.6 L?m?2?h?1,Na2SO4的截留率达到98%,对不同盐溶液的截留效果分别为:Na2SO4>MgSO4>MgCl2>NaCl。水相中碳纳米管的加入,能有效改善膜的分离性能。

聚酰胺复合纳滤膜的制备与表征

以间苯二甲胺(m-XDA)和均苯三甲酰氯(TMC)分别为水相和油相反应单体,通过界面聚合制备聚酰胺复合纳滤膜。研究了界面聚合反应中水相单体浓度、水相pH值、油相单体浓度、反应时间、后处理温度及时间等因素对所制备的复合膜分离性能的影响。用红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备的膜进行结构和形态表征。所制备的聚酰胺复合纳滤膜在操作压力1.4MPa下,对1000mg·L-1的硫酸钠溶液的脱盐率为82.98%,通量为28.48L·m-·2h-1。

新型间位芳纶基聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备及性能研究

以聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为材料,通过相转化法制备了PMIA基膜,在此基础上,以哌嗪(PIP)溶液为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)正己烷溶液为有机相单体,通过界面聚合法制备了聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。对膜表面的形貌及特征进行了表征分析,研究了单体含量、反应时间对复合膜性能的影响,并用4种无机盐溶液和3种染料对膜进行了性能评价。结果表明,在基膜表面成功聚合了一层聚酰胺功能层,该功能层具有良好的亲水性能。膜表面呈现荷负电性,对4种无机盐的截留顺序为Na_2SO_4>MgSO_4>MgCl_2>NaCl。膜对酸性红B、活性黄3和直接耐晒蓝B2RL这3种染料的截留率可达到98%以上,表现出优异的脱色性能。

二氧化钛/聚酰胺正渗透复合膜的制备与表征

以钛酸四丁酯为原料,在水/丁醇界面区进行水解,制备了锐钛矿型二氧化钛。将TiO2分别分散在水相(MPD溶液)和油相(TMC溶液)中,以界面聚合方法制备了TiO2/聚酰胺正渗透复合膜,初步研究了TiO2分散在油相和水相中制备的二氧化钛/聚酰胺复合膜的结构及其在正渗透过程中分离性能。SEM图谱结果表明,TiO2添加到水相中时,其主要存在于聚砜基膜的指状孔道中;当TiO2添加到油相中时,其主要分布在复合膜表面。膜分离性能的研究结果表明,TiO2添加在水相和油相中都能显著提高膜的水通量和截盐率;TiO2添加在油相中对膜的分离性能改进更大,膜的水通量为未添加TiO2聚酰胺复合膜的两倍,截盐率可达99.9%。