垫片法对正渗透过程中浓差极化的改善研究

在不增加能耗的前提下提出了一种简易的垫片法改善正渗透过程中出现的浓差极化现象.利用这种方法,在正渗透膜活性层朝向原料液的膜取向下,发现垫片安置在汲取液廊道贴紧膜的位置可以最好地减缓稀释内浓差极化,进而显著的提升正渗透的运行效果;此时,以0.5mol/L的NaCl为原料液,而分别以1、2、4mol/L的NaCl为汲取液进行批式实验,与未安置垫片的方式相比,水通量分别有2.94%,9.0%和12.5%的提升幅度;另外,还发现当将垫片放置在原料液廊道(远离膜)和汲取液廊道(贴紧膜)时,可以起到同时减缓浓缩外浓差极化(CECP)和稀释内浓差极化(DICP)的效果.

浓差极化对正渗透膜通量影响研究

采用两种正渗透膜HTI-ES和HTI-NW膜研究了浓差极化对膜通量的耦合作用,阐述了浓缩的外浓差极化和稀释的内浓差极化对膜通量的影响。结果表明内浓差极化是造成膜通量减小的主要原因,在此基础上同时结合浓差极化模型,求得了外浓差极化系数k和内浓差极化系数K,并对实验数据进行了拟合,该模型计算出的HTI-ES水通量与实验吻合良好。

正渗透原理及浓差极化现象

本文介绍了正渗透的基本原理,减压渗透在能源转化中的工作原理,并与反渗透进行了比较。阐述了正渗透实际的膜性能远低于预期的现象,以及造成该现象的理论基础;详细描述了非对称膜的浓差极化模型,指出了避免外浓差极化的方法;从膜材料的结构设计角度总结出了减弱内浓差极化的途径,从而为正渗透膜材料的制备和应用提供了理论基础。

界面聚合中空纤维正渗透膜的制备和表征

以聚砜为原料,通过浸没沉淀法制备中空纤维基膜,然后采用界面聚合法制备出中空纤维正渗透膜。考察了制膜参数、基膜结构和FO性能三者之间的关系。结果表明基膜的厚度为影响FO性能的主要因素之一。基膜的厚度越厚,FO过程中渗透效率越低。制得PSF中空纤维正渗透膜的厚度为0.129 mm,断裂拉伸力为2.48 N,FO通量为10.3 L·m-2·h-1,逆向盐扩散性能为0.15 g·L-1。

有机/无机杂化TiO_2纳米粒子掺杂改性复合正渗透膜活性分离层的研究

通过自由基聚合在纳米二氧化钛(TiO_2)表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PHEMA),得到有机/无机杂化的TiO_2-PHEMA纳米粒子,作为界面聚合制备复合正渗透(FO)膜的有机相添加剂,对活性分离层进行掺杂改性.考察了TiO_2-PHEMA粒子含量对分离层结构与性质以及膜性能的影响.结果显示,当TiO_2-PHEMA添加量为有机相均苯三甲酰氯溶液的质量分数0.1%时,FO膜的表面水接触角下降到47.7°,均方根表面粗糙度增加到99.5nm,表明TiO_2-PHEMA的加入显著提高了分离层的亲水性以及膜表面粗糙度.在AL-FS(分离层面向原料液)和AL-DS(分离层面向驱动液)两种操作模式下,复合膜的水通量分别从6.8L/(m2·h)和12.2L/(m2·h)增加到23.6L/(m2·h)和39.2L/(m2·h),并保持着较高的NaCl截留率(R>90%).

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.

正渗透膜分离糖类有机物的影响因素研究

实验以蔗糖等中性亲水小分子有机物作为模型污染物,考察了汲取液浓度、分子量、膜朝向等因素对正渗透分离糖类有机物的影响。结果表明,蔗糖等糖类有机物能被正渗透膜有效截留。4 mol/L的较高浓度汲取液导致通量明显下降。当膜活性层朝向汲取液时,增大糖类的分子量(1 000 Da)导致膜通量降低,而膜截留率为91.2%。水通量产生的渗透曳力可能对糖类有机物吸附在膜多孔支撑层内起关键作用。

对称正渗透膜制备及膜性能表征

文章以聚乙烯醇、氧化石墨烯、间苯二胺和均苯三甲酰氯为制膜材料,采用溶液浇注法制备对称正渗透膜,考察各物质含量对膜性能的影响,并对膜进行结构表征和性能测试。结果表明,当以去离子水为原料液,2 mol/L硫酸镁溶液为汲取液时,所制备正渗透膜通量为3.5 LMH,盐反向通量为9.8 gMH。同时,SEM和通量测试表明所制备正渗透膜呈无支撑层的对称结构,可以避免内浓差极化对通量造成的影响,且具有较高的抗污染性能。

基于纳米纤维膜支撑层正渗透复合膜制备的研究进展

性能优良的正渗透(FO)膜的制备是FO技术研究与应用的关键问题之一。静电纺丝纳米纤维支撑层因其特有的三维孔道结构、高孔隙率、低曲率因子等优点,能有效缓解内浓差极化,提高FO膜性能,近年来已被广泛用于FO膜的制备。介绍了FO的浓差极化产生原理以及评估FO复合膜性能的膜结构参数,回顾了纳米纤维作为正渗透支撑层的发展历程(单一材料、共混材料、纳米掺杂以及表面改性),展望了静电纺丝支撑层的发展趋势。

织物增强型正渗透复合膜的制备、表征及性能研究

以高强度、高开孔率、低厚度聚酯机织物为新型增强基材,首次采用双刮刀共涂布法,结合铸膜液黏度选择,实现了聚砜铸膜液在机织物表面上的超薄、低缺陷涂布,并通过非溶剂致相分离和界面聚合,成功制备了织物增强型薄层复合正渗透膜。该膜具有活性层-织物嵌入式多孔支撑层两层结构,整体厚度约60μm,拉伸强度和杨氏模量分别约为90MPa和370MPa。该膜结构强度满足了正渗透膜规模化生产与使用的要求,具有良好的实际应用价值。此外,由于增强机织物嵌入多孔支撑层内部,所制备的正渗透复合膜内浓差极化现象较轻,结构参数低至303.0μm,以1.0mol/L的NaCl溶液作汲取液,正渗透(FO)模式下膜渗透通量可达21.8LMH。

自支撑NH2-MIL-125/聚■二唑复合正渗透膜的制备及性能

合成了高强度亲水性含羧基聚■二唑材料(POD-COOH)和含氨基金属有机框架材料(NH2-MIL-125),以NH2-MIL-125为填料,与POD-COOH基体材料进行溶液共混,并通过溶液浇铸法制备系列新型自支撑复合正渗透膜,研究NH2-MIL-125的引入对复合正渗透膜结构和性能的影响.研究结果表明,所制备的系列复合正渗透膜均呈致密结构,且随着NH2-MIL-125含量的增加,复合膜的表面亲水性增加、电负性增强,并保持良好的机械性能.以去离子水为进料液,1. 5 mol/L硫酸钠溶液为汲取液,对上述自支撑复合膜进行正渗透性能测试,发现由于消除了传统正渗透膜支撑层的内浓差极化现象,该新型复合正渗透膜在分离过程中具有优异的正渗透性能.

双层PEEK-WC界面聚合正渗透膜的制备及表征

正渗透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、低膜污染、高分离性等优点,在水处理领域有很好的应用前景.通过调控铸膜液温度制得具有不同外孔径的酚酞型聚醚醚酮(PEEK-WC)双层中空纤维基膜,然后用硫酸对双层中空纤维基膜外表面进行亲水改性,得到亲水基膜.再用无水哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)作为反应单体,通过界面聚合反应在亲水基膜上形成聚哌嗪酰胺复合层制备正渗透膜.研究表明,较高的铸膜液温度有利于形成外表面为较小孔径的PEEK-WC双层中空纤维基膜;用质量分数90%的硫酸亲水改性15 s时,得到润湿性最佳的亲水基膜;在进行界面聚合反应时,外表面为较小孔径的亲水基膜有利于形成更均匀致密、渗透性能更好、截留率更高的聚哌嗪酰胺复合层;与NaCl相比,使用Na_2SO_4做汲取液可以有效降低内浓差极化(ICP),提高正渗透膜水通量,降低反向盐通量.

基于双层复合基膜的界面聚合正渗透膜的制备及表征

以不同结构的双层PEEK-WC中空纤维为基膜制备了界面聚合正渗透复合膜.基膜外表面孔径会对界面聚合层产生影响,小孔径的表面有利于形成更致密、截留性能更高的聚酰胺层.支撑层孔隙率提升和表面孔径及孔隙率增大会提高通量.内浓差极化现象不仅受支撑层的影响,还受到汲取液种类的影响.与NaCl相比,使用Na_2SO_4做汲取液使水通量提高1.3~1.6倍,反向盐通量降低76%~95%.

静电纺丝法制备正渗透膜材料

通过静电纺丝法制备多孔纤维支撑层,再通过界面聚合法在其表面制备聚酰胺皮层,形成正渗透膜。首先,采用聚砜作为高分子材料,制备聚砜静电纺丝纤维支撑层,探究纺丝参数对纤维支撑层形态和性能的影响。然后采用聚偏氟乙烯为材料,通过静电纺丝法制备出纳米级蜘蛛网纤维结构的纤维支撑层,降低纤维支撑层的表面孔径,避免膜表面聚酰胺皮层的缺陷产生。最终界面聚合正渗透膜的NaCl截留率达到95%,并且具有较低的膜结构参数S值(2.23×10^(-4)m),减轻了正渗透过程中的内浓差极化程度。

正渗透膜支撑层结构优化的研究进展

随着世界经济高速发展和人口不断增长,全球淡水资源和能源危机日渐加剧。为了改善这一状况,人们将目光投向了海洋,海水淡化显示出强大的生命力。正渗透技术由于其低能耗,少污染,成为一种极具发展潜力的海水淡化新技术。正渗透膜作为其关键技术之一,已引起全世界相关学者的广泛关注。然而,正渗透膜支撑层中存在严重的内浓差极化现象,大幅降低了正渗透性能,是正渗透膜进一步发展和应用的瓶颈。针对此,本文以内浓差极化现象为线索,围绕支撑层材料与结构,介绍了传统支撑层(传统相转化支撑层和织物支撑层)的优化方法和新型支撑层(包括静电纺丝支撑层、纳米颗粒掺杂支撑层及新型相转化支撑层等)的特点、制备方法及结构对提高正渗透性能的贡献等。最后展望了未来正渗透膜支撑层材料和结构的发展趋势,以提高正渗透膜性能及在更多领域中的应用。

木质素磺酸钠改性聚砜膜的制备及其在正渗透膜中的应用

采用木质素磺酸钠作为亲水添加剂,通过浸没沉淀相转化法制备了木质素磺酸钠共混改性聚砜膜,以改善聚砜膜的亲水性,并用作正渗透膜的支撑层,以降低内浓差极化效应.利用扫描电子显微镜、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪、水接触角仪等研究了不同木质素磺酸钠添加量对聚砜膜的结构和表面性质的影响.结果表明,添加木质素磺酸钠后,聚砜膜的指状孔变得规整且狭长.水接触角实验证实添加木质素磺酸钠能改善聚砜膜的亲水性,当木质素磺酸钠含量为0.4 wt%时,聚砜膜的表面水接触角可降低至65°.正/反渗透测试装置分别用于表征正渗透膜的传质性质和结构参数.结果表明,以0.4 wt%木质素磺酸钠改性聚砜膜为支撑层的正渗透膜的水渗透性能(A=3.12×10^(-5) LMH×Pa^(-1))优于纯聚砜基底正渗透膜(0.76×10^(-5)LMH×Pa^(-1)),而且前者的结构参数(S=2010mm)远小于后者(3450mm),说明木质素磺酸钠改性聚砜膜有效弱化了正渗透膜的内浓差极化效应.