聚哌嗪酰胺原生荷正电纳滤膜的制备与性能研究

纳滤膜表面的荷电性是影响纳滤分离性能的最主要因素之一,传统聚哌嗪酰胺纳滤膜表面均带负电,因此对钙镁等二价阳离子的截留率较低.本文通过在界面聚合制膜过程中添加表面活性剂并改变有机溶剂类型,以降低单体的跨界面阻力并增强单体跨界面驱动力,从而促进哌嗪单体向有机相的扩散.利用红外光谱、XPS、SEM、AFM、Zeta电位仪等对复合膜的物化及结构特性进行了表征,结果表明,分离层聚酰胺材料中含有过量的氨基,形成了原生荷正电的聚哌嗪酰胺纳滤膜.错流测试表明,该纳滤膜对不同盐溶液的截留率顺序表现为CaCl_(2)>NaCl>Na_(2)SO_(4),其中CaCl_(2)截留率达到95.3%,通量118.4 L/(m^(2)·h·MPa).

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 .

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。

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。

微量间苯二胺对聚哌嗪酰胺复合纳滤膜性能的影响

用间苯二胺作为水相第二单体，研究了微量间苯二胺对聚哌嗪酰胺复合纳滤膜性能的影响。间苯二胺添加质量分数为0～0．05％，研究了该变量对纳滤膜盐截留率、水通量、表面形貌、水接触角的影响。结果表明，随着微量间苯二胺添加，纳滤膜对氯化钠的截留性能明显上升（34％至90％），水通量明显下降（112L／（m^2·h）至23L／（m^2·h）），膜亲水性下降。X射线光电子能谱结果表明，微量间苯二胺的添加，使得复合层交联度上升，从而进一步引起上述膜性能变化。因此，在纳滤膜生产中，微量间苯二胺可以作为水相的第二单体调控纳滤膜的性能，同时应避免间苯二胺污染引起的膜性能波动。

哌嗪聚酰胺纳滤膜的氯氧化特性及机理

聚酰胺纳滤膜广泛应用于水处理领域,对含氯消毒剂比较稳定,但仍有报道哌嗪聚酰胺纳滤膜与水中的游离氯发生反应.因此,了解哌嗪聚酰胺纳滤膜的氯化机理,对膜的耐久性和耐氯膜的开发具有重要意义.系统研究了商品哌嗪聚酰胺纳滤膜在氯氧化过程中膜性质和性能的变化,分析了酸性和碱性条件下氯化对膜的影响.通过对剥离得到的聚酰胺活性层进行红外光谱表征和X射线光电子能谱分析,探究膜的氯化机理.结果表明:酸性条件下,N-氯化、水解和环氯化是主要的氯破坏降解机制;碱性条件下,N-氯化和氯化促进水解是主要发生的过程.由于酸性条件下主要活性氯物质HClO的氧化能力高于碱性条件下的ClO^(-),所以酸性条件下氯氧化导致膜结构被更严重破坏;碱性条件下更有利于膜的水解;在2种氯化条件下,随着总游离氯剂量的增加水渗透系数增大,并且中性有机化合物截留率下降,膜性能呈下降趋势.

纳米TiO_2改性PVA/聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备

采用界面聚合法制备纳米TiO2改性聚乙烯醇(PVA)/聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。使用渗透试验、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、静态接触角仪等对复合膜进行性能测试和结构表征。SEM和AFM照片证实,改性纳米TiO2在膜表面分布均匀。改性TiO2的加入增大了膜表面粗糙度,复合膜的亲水性也有一定程度的提高。对比不同TiO2添加量的纳滤膜的性能,添加量为0.05%的复合膜的性能最佳,该添加量的复合膜不仅保持了原有较高的脱盐率,水通量也大幅提升,此时复合膜对Na2SO4、Na Cl和MgSO4的去除率分别达到98.7%、50.4%和95.6%,水通量由65.47 L/(m2·h)提升至106.66 L/(m2·h)。试验结果表明,改性纳米TiO2的添加可改善膜的表面结构,在保持高脱盐率的前提下,提高膜的水通量,优化了膜的性能。

哌嗪量对聚酰胺复合纳滤膜性能的影响

在界面聚合制备聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的过程中,研究了水相单体浓度和接触时间对膜性能的影响.水相单体采用哌嗪,质量分数范围为0.1%～0.5%,接触时间范围为60～120s.获得的系列纳滤膜分别进行了脱盐性能测试、红外光谱、表面Zeta电位等分析.结果显示,通过增加哌嗪单体含量或者延长水相接触时间,均提高了底膜中哌嗪的量,从52mg/m^2上升至389mg/m^2,同时,纳滤膜对氯化钙的截留率从4%上升至96%.结构分析后得出结论,界面聚合形成的聚酰胺量是影响纳滤膜对氯化钙截留率的主要原因.

聚(杯芳烃-哌嗪)酰胺与2,2′-联吡啶超分子泡沫网络结构的构筑

大环番衍生物单体5,11,17,23-四叔丁基-25,27-二酰氯基-26,28-二羟基杯[4]芳烃(DC)与哌嗪通过界面聚合,制备了聚(杯芳烃-哌嗪)酰胺(D).化合物D在乙酸乙酯溶液中形成平均直径为28和164 nm的双分布囊泡形聚集体. 2,2'-联吡啶(bpy)对化合物D的交联作用可将囊泡转变为实心无规则交联网.水将交联网转变为两相界面处存在的泡沫.这个变化过程表明,化合物D在不同的诱导条件下可调整聚集状态,多重诱因使其最终形成宏观泡沫状自组装构筑.化合物D是一个集合芳香大环-小杂环,疏水-亲水、氢键供体受体、刚性-柔性及富π空腔等多种结构及自组装于一体的高分子结构,其分子链在不同诱因下改变扭曲和取向导致超分子交联网络的形成.这种可逆宏观自组装现象为自组装机理的理解及刺激-响应材料的开发提供了一种有价值的试材.

甲苯诱导PVDF-聚(杯芳烃-哌嗪)酰胺膜的刺激响应行为研究

杯^([4])芳烃二酰氯与哌嗪通过界面聚合制备聚(杯芳烃-哌嗪)酰胺D。D与聚偏氟乙烯(PVDF)共混制备的共混平板膜,在干燥条件下膜自身不发生形变,但与甲苯接触后短时间即可发生卷曲,且发生形变后形态稳定。形变是由于D的自组装及其在甲苯的诱导下产生刺激-响应行为引起。D在N,N-二甲基甲酰胺溶液中呈现出均匀分布的树枝状聚集体,加入甲苯导致聚集体间相互合,并且呈无规则形貌。此变化表明甲苯可诱导D的聚集形式发生改变,因而调整材料的宏观状态。

聚酰胺纳滤膜制备过程中溶剂对膜性能的影响

以正己烷和甲苯的混合溶剂作为有机相溶剂,均苯三甲酰氯(TMC)和哌嗪(PIP)作为有机相和水相活性单体,采用界面聚合的方法在聚丙烯腈(PAN)超滤膜上制备得到一系列聚哌嗪酰胺纳滤复合膜.系统研究了不同正己烷与甲苯配比制备得到的纳滤复合膜活性分离层的表面化学组成、表面流动电位、平均孔径及表面形貌的变化规律,并解释了这些因素对纳滤复合膜分离性能的影响机理.结果表明:随着混合有机相溶剂中正己烷相对含量的增加,使得水相与有机相溶剂间界面张力增加,所制荷电纳滤复合膜活性分离层表面流动电位逐渐向负电转变,孔径逐渐变小,同时纳滤复合膜表面粗糙程度增加.复合膜表面粗糙度的增加使纳滤复合膜的透过性得到提高.

1,3-二(N-亚磺酰胺)苯对复合纳滤膜性能的影响

通过与氯化亚砜反应，将间苯二胺的氨基保护，所得产物1，3-二（N-亚磺酰胺）苯作为有机相第二单体，参与聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的界面聚合。1，3-二（N-亚磺酰胺）苯添加质量浓度范围为0～0．06％，研究了该变量对纳滤膜盐截留率、水通量、表面形貌、水接触角的影响。结果表明，1，3-二（N-亚磺酰胺）笨可作为调节纳滤膜性能的添加剂，并改变膜表面形貌与水处理性能。当1,3-二（N-亚磺酰胺）苯的添加量介于0～0．03％时，纳滤膜对氯化钠溶液的截留率下降，水通量上升；当1，3-二（N-亚磺酰胺）苯的添加量介于0．03％-0．06％时，纳滤膜对氯化钠溶液的截留率基本不变，水通量下降。最后探讨了亚磺酰胺基团在界面反应中的作用机理。

无机结垢对纳滤膜分离水中全氟化合物的影响

选取全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟丁烷磺酸(PFBS)两种链长不同的典型全氟化合物(PFASs)作为目标去除物,以硫酸钙为典型无机结垢,研究硫酸钙结垢不同阶段中纳滤膜去除PFASs的特征和相关机理,简称硫酸钙试验,同时以相同离子强度的非结垢无机盐溶液开展对比试验考察目标PFASs的截留规律.结果表明,当硫酸钙和目标PFASs共存时,PFOS稳定截留率为硫酸钙试验(97.1%)>对比试验(93.0%),而PFBS稳定截留率为对比试验(46.2%)>硫酸钙试验(38.2%).对于同一PFAS,同一过滤时刻,膜面带电量:硫酸钙试验<对比试验;联合截留率、膜通量和Zeta电位综合分析可知,硫酸钙结垢过程中,PFOS的截留主要由Ca2+与PFOS的络合及架桥作用控制,该作用影响PFOS分离过程中的空间位阻作用强度;PFBS过滤初期的截留中静电排斥起主要作用,结垢层生成后,滤饼层强化的浓差极化作用成为PFBS截留效果下降的主要原因.

纳滤复合膜的研制

以聚砜材料为基膜,用哌嗪、均苯三甲酰氯溶液体系在基膜表面涂层制备平板及中空纤维复合纳滤膜,研究了制备过程中影响复合纳滤膜性能的因素,并着重对复合过程中的主要影响因素分别进行了讨论。

复合纳滤膜的温度敏感性

采用界面聚合的方法分别制备了聚哌嗪酰胺(PPA)水凝胶及以PPA为功能层的复合膜。研究表明:(1)聚哌嗪酰胺水凝胶的低临界溶解温度(LCSt)在31.5℃附近,溶胀动力学的研究表明聚哌嗪酰胺水凝胶的溶胀度具有温度敏感性;(2)聚哌嗪酰胺复合膜的截留性能具有温度敏感性,水通量随温度的升高急剧增大,截留率随着温度的升高而略有下降;(3)流动电位法的研究表明聚哌嗪酰胺复合膜表面的Zeta电位随温度的升高其绝对值变小,复合膜表面电性能的变化证明了复合膜截留性能的温度敏感性。

纳滤膜技术研究及市场进展

本文对纳滤膜的技术及市场现状进行了介绍,包括纳滤膜的特点、种类、应用领域、制备方法、国内专利情况、国内外的主要供应商的介绍等,并对目前市场上应用最广泛、综合性能最优的复合纳滤膜品种—聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的结构及制备流程进行了重点介绍。目前,我国已经将纳滤膜的研制与发展列入《高性能膜材料科技发展"十二五"专项规划》中。最后,文章对纳滤膜的发展前景进行了预测。

Fabrication of a Polyamide/Polysulfone Hollow Fiber Composite Membrane

With microporous polysulfone hollow fiber as the substrate, a polypiperazine amide nanofiltration composite membrane was prepared by interfacial polymerization in trimesoyl hexane solution as oil phase and piperazine aqueous solution as water phase. The conditions of the preparation, such as concentrations of monomer solutions, reaction time and temperature, annealing treatment, etc., were investigated. The hollow fiber composite herewith obtained showed high performance with water fluxes over 40 L·m -2·hr -1 and MgSO4 rejection of 93% under a pressure of 0.40 MPa.

纳滤膜在饮用天然矿泉水处理工艺中的应用

使用常规砂滤碳滤对天然矿泉水预处理,然后经过保安过滤器进入纳滤膜系统,全过程无其他任何加药程序。饮用水处理工艺中纳滤膜为研究对象,预先对纳滤膜元件对无机盐/有机物截留率分析后。结果表明,纳滤系统可有效截留二价阴离子,保留了大部分阳离子,二价阳离子截留小于一价阳离子的截留率,同时对有机物截留率高。硫酸根截留率大于96%,钠离子截留率50-60%,钙离子截留率20-30%,锶离子截留率20-30%,偏硅酸截留率10-20%,有机物截留率大于90%。纳滤膜系统产水实现了降低电导率和有机物的同时,大比例保留了对人体有益的矿物质。