基于两性离子的纳滤膜抗污染改性方法研究进展

纳滤膜对水中污染物的分离截留性能优异,膜污染控制和抗污染强化是该技术发展的研究热点。纳滤膜改性是强化纳滤膜抗污染性能的方法之一,基于两性离子材料的改性纳滤膜凭借两性离子材料静电作用与水分子结合的特性,在渗透性和抗污性方面表现优秀。系统综述了强化抗污染的两性离子纳滤膜的改性方法,包括涂覆法、接枝法、界面聚合法、自组装和共混掺杂法等,并阐释了各方法所制备纳滤膜的抗污效能和适用条件,最后对各改性方法做出了展望,以期为两性离子材料在纳滤膜改性和实际应用中的研究提供参考。

基于滤膜称重法的自动化粉尘质量浓度检测装置的研究

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测时间以及粉尘质量浓度检测装置体积。搭建试验样机并调试实验,结果表明,煤矿井下常用的CCZ-20A型粉尘采样器与本装置检测得到的粉尘质量折算浓度经过计算其标准偏差在5%以内,一元线性回归拟合分析下的实验数据拟合相关性较好。为进一步提升装置的检测精度,研究基于傅里叶级数、线性拟合以及周期拟合相结合的误差补偿方法,设计出装置浓度计算流程并代入原始数据中,将该装置检测浓度误差由原始的(-7.20%,-1.26%)集中至(-3.64%,3.65%)。引入装置浓度计算流程后进行多次对比实验,实验结果显示装置浓度检测误差均在此区间内,验证了装置浓度计算流程的可靠性。该装置缩短了粉尘质量浓度检测所需时间,同时检测误差控制在合理的范围内,进而为滤膜称重法在粉尘质量浓度在线监测方面的研究提供一定的参考。

具有界面复合活性层的高效纳滤膜构筑与性能

纳滤膜技术已广泛应用于水处理过程,但在长期运行过程中仍面临渗透通量下降和污染结垢等问题。 本研究在多孔基材上将氨基功能化类沸石咪唑酯骨架-8(AZIF-8)与海藻酸钠(SA)水凝胶网络结合,构筑有机-无机纳米复合活性层高效凝胶网络,制备渗透性强、抗污染性能优异的复合纳滤膜(SAZM)。AZIF-8与SA水凝胶结合可以很好地克服纳米材料的团聚与相容性问题。杂化纳米凝胶网络赋予纳滤膜强的亲水性和抗污染性,为水分子的传输提供便捷路径。研究表明,SAZM对二价盐Na_(2)SO_(4)表现出稳定的截留性能,渗透通量从4.1×10^(-2)L/(m^(2)·h·k Pa)增加到16.3×10^(-2)L/(m^(2)·h·k Pa),提升297.6%。在牛血清白蛋白污染性实验中, SAZM表现出优异的抗污染性能,通量恢复率达95.1%。

PEFT聚酯的制备及PEFT纳滤膜的截留性能

为了解决聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料制品使用后降解缓慢和聚2,5-呋喃二甲酸二甲酯(PEF)韧性差的问题,开发一种新型嵌段共聚酯聚2,5-呋喃二甲酸-乙二醇-co-对苯二甲酸酯(PEFT),可通过酯交换-熔融缩聚法合成,且PEFT拥有与PEF相媲美的热力学性能。利用FTIR及NMR等对聚酯结构进行表征,结果表明该方法成功制备了PEFT聚酯。通过TG、DSC和紫外光照表征,结果表明PEFT聚酯热学性能优良,且在紫外光照射下可快速降解。又将PEFT聚酯材料通过非溶剂致相分离法(NIPS)制备了不同铸膜液浓度的PEFT纳滤膜,用于对染料离子及金属盐溶液的截留,而后对其表面粗糙度、水接触角、荷电性、染料和金属盐离子的截留能力等方面进行了测试。结果表明:PEFT纳滤膜对甲基蓝(Mr=799.8)染料、酸性品红(Mr=585.4)染料都具有良好的截留性能,最高截留率可达99%和87.7%,并且纳滤膜经长期循环后仍具有较高的稳定性,但对金属盐(MgSO4)溶液截留性能不佳,截留率最高不超过35%。综合研究发现PEFT纳滤膜在染料截留方面性能突出。

熔体微分电纺PLA/PAAS纳米纤维空气滤膜的制备及高湿环境下的过滤性能

为解决高湿环境下,空气滤膜的过滤效率迅速降低的问题,采用聚丙烯酸钠(PAAS)熔融共混改性聚乳酸(PLA),并且,利用熔体微分静电纺丝方法制备了PLA/PAAS熔体电纺亲水纳米纤维滤膜(PLA/PAAS电纺滤膜),主要研究了PAAS含量变化与滤膜性能之间的关系及高湿环境下,PAAS材料对滤膜过滤性能的影响。结果表明,当PAAS的含量(质量分数ω)为3%时,克重为40 g/m^(2)的PLA/PAAS电纺滤膜平均直径及直径标准差最小,分别为0.97μm及0.245,过滤效率达到最佳,其值为97.37%,品质因子达到0.0353 Pa^(-1);在高湿环境下,放置48 h后,PLA/PAAS电纺滤膜的过滤效率为95.49%,过滤品质因子为0.0206 Pa^(-1),证明了PLA/PAAS电纺滤膜在高湿环境下长时间放置后,性能仍保持稳定。

双重膜滤过式血浆置换联合脱敏治疗单倍体相合造血干细胞移植供者特异性抗体的临床研究

目的探讨分析双重膜滤过式血浆置换(double filtration plasmapheresis,DFPP)联合脱敏治疗单倍体相合造血干细胞移植供者特异性抗体(donor specific antibody,DSA)的疗效。方法采用DFPP联合丙种免疫球蛋白(intravenous immunoglobulin,IVIG)、利妥昔单抗脱敏治疗DSA阳性患者,检测移植前后DSA水平,主要评估分析其植入情况。结果8例DSA性患者7例获得供者细胞稳定植入,嵌合率均为100%,1例血小板植入不良。经过DFPP、IVIG、利妥昔单抗脱敏处理后为平均荧光强度(mean fluorescence intensity,MFI)(3911±2499),均明显降低,差异均有统计学意义(t=2.101,P<0.001),8例患者中有3例转为弱阳性。干细胞回输第3天复测MFI(907士997),较干细胞回输前再次减低,差异均有统计学意义(t=2.145,P=0.002)。8例患者仅1例发生重度急性移植物抗宿主病。结论双重膜滤过式血浆置换脱敏联合大剂量IVIG和利妥昔单抗,尽量输注高剂量的干细胞,可以降低DSA水平促进供者干细胞植入。

颗粒活性炭-纳滤处理二级出水中有机物膜污染机制研究

采用颗粒活性炭(Granular Activated Carbon,GAC)、生物活性炭(Biological Activated Carbon,BAC)两种过滤单元分别与纳滤(Nanofiltration,NF)组合对污水厂二级出水进行深度处理,分析二级出水直接NF、GAC-NF以及BAC-NF三种不同处理工艺对有机物的去除效果以及膜污染机制.研究发现,BAC-NF组合工艺对溶解性有机碳(DOC)、微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物的去除效果更好,去除率分别为85.2%、76.2%和82.0%;BAC-NF组合工艺的膜比通量(J/J0)最高,每个周期末的J/J0分别为0.69、0.65和0.63,膜污染总阻力最低,仅为5.97×10^(10)m^(-1);膜污染特征曲线表明二级出水直接NF为滤饼层污染,GAC-NF和BAC-NF先发生中间堵塞之后形成滤饼层污染;其中,BAC-NF以膜孔中间堵塞污染为主,膜污染程度最轻;通过扩展的德亚盖因-兰多-弗韦-奥弗比克(Extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek,xDLVO)理论分析发现BAC-NF组合工艺污染后膜表面的疏水性最弱,膜表面Zeta电位值最大;BAC-NF组合工艺在过滤初期,水中有机物不容易到达膜表面,膜污染程度最轻.在过滤中后期,水中有机物与膜表面有机物之间很难产生粘附,形成的滤饼层最疏松.综上,BAC-NF组合工艺能有效缓解膜污染,可为再生水深度回用提供一种可靠的技术.

纳滤膜在盐湖提锂领域的研究进展

中国锂(Li)资源消耗量占全球消耗量的40%,然而其产能仅满足工业需求的20%,80%的Li需要进口,研究新一代提Li技术迫在眉睫。纳滤(NF)膜具有选择性离子分离能力,在Mg^(2+)、Li^(+)的选择性分离中表现出突出的潜力。商用NF膜多荷负电,受Donnan效应和静电引力影响,其对正离子的分离能力有限。近年来的研究发现,荷正电NF膜可以有效分离具有相似水合物离子半径的Mg^(2+)和Li^(+)。该文介绍了NF膜中离子传输理论和选择性筛分机理,综述了商用NF膜在盐湖提Li领域的研究现状及不足,分析了荷正电NF膜的制备方式(包括胺单体的选取、纳米材料掺杂、引入中间层及表面接枝等)对提升Mg^(2+)、Li^(+)的选择性分离性能的影响规律。最后,总结了荷正电NF膜在实际工程应用中的挑战和前景。

基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型构建与评估

纳滤净水技术是应对水资源危机和水质安全保障的核心技术之一。然而,纳滤膜性能长期受渗透性与选择性制约,亟需开发高性能纳滤膜。纳滤膜制备过程涉及水相单体质量分数、水相添加剂质量分数、油相单体质量分数、聚合时间等因素,传统的试误实验法需消耗大量的人力、物力与财力。依据纳滤膜制备参数,构建基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型。结果表明,XGBoost机器学习模型可有效预测纳滤膜纯水通量与截留性能,对纯水通量和截留性能的R~2评价指标分别为0.84和0.90。采用SHAP值法对XGBoost机器学习模型中的输入参数进行量化分析,发现水相单体质量分数与基膜类型对纯水通量有最高的绝对平均SHAP值,分别为2.77与2.59,而面向纳滤膜截留性能的关键参数绝对平均SHAP值相对接近。单体子结构特征分析结果显示,亲水性子结构特征与支链型子结构特征有助于提升纳滤膜纯水通量,胺基则促进纳滤膜的截留性能。构建的纳滤膜预测筛选模型有助于关键参数的识别与优化,为纳滤膜的开发提供理论与技术指导。

表面接枝法荷正电复合纳滤膜制备及其镁锂分离性能

以哌嗪(PIP)与均苯三甲酰氯(TMC)界面聚合制备的PA纳滤膜为底膜,利用聚乙烯亚胺(PEI)与氧化石墨烯(GO)混合溶液对膜表面进行接枝,并制备PEI-GOS纳滤膜.通过扫描电镜(SEM)、Zeta电位和接触角等仪器对其微观形貌、表面电荷和水接触角等进行表征.在溶液总质量浓度1000 mg/L(镁锂质量浓度比为50)的条件下,考察了纳滤膜的镁锂分离性能.结果表明,PEI-GOS纳滤膜具有致密平滑的聚酰胺层,膜表面荷正电,纯水通量可达50.1 L/(m^(2)·h·MPa),对Mg^(2+)具有良好的截留性能.PEI-GOS纳滤膜镁锂分离因子可达38.1,具备良好的镁锂分离性能.

冷冻辅助-界面反应法制备ZIF-8衍生物纳滤膜及其药物脱盐性能研究

纳滤膜分离技术在药物脱盐领域具有较大应用潜力,而开发高性能的纳滤膜材料仍具有较大挑战.本研究采用冷冻辅助-界面反应法在氧化铝多孔支撑体内部原位生长了ZIF-8分离层,然后通过硫化处理形成ZIF-8衍生物(ZnS),提高了纳滤膜的渗透性和稳定性.通过SEM、EDS、XRD以及FT-IR等手段对ZIF-8及其衍生物复合膜的结构和化学性质进行了表征.将ZIF-8及其衍生物复合膜用于药物脱盐,考察了前驱体摩尔比、浓度以及反应温度对纳滤性能的影响.在最优条件下,ZnS纳滤膜对四环素的截留率为99.1%,对NaCl截留率小于10%,通量为335.6 L/(m^(2)·h·MPa),表现出良好的抗生素脱盐性能和稳定性.

不同材质滤膜对滴眼液中抑菌剂含量的影响

目的 考察不同材质滤膜对滴眼液中苯扎氯铵含量的影响。方法 采用材质为聚醚砜(PES)、聚偏二氟乙烯(PVDF)的滤膜过滤滴眼液后,收集滤液,建立高效液相色谱法测定过滤后苯扎氯铵的含量,并对过滤后的滴眼液进行抑菌效力检查。结果 PVDF和PES膜材过滤前、后的滴眼液中苯扎氯铵含量无明显变化,且过滤后滴眼液的抑菌效力均符合《中国药典》的“A”标准。结论 PVDF和PES过滤膜材对滴眼液中苯扎氯铵的含量没有影响,即对苯扎氯铵没有吸附作用,此研究为滴眼液的生产提供了过滤膜的选择。

界面聚合法制备低压中空纤维纳滤复合膜

现有中空纤维纳滤膜在实际应用中能耗较高.采用干湿法纺丝技术制备聚砜(PSf)中空纤维超滤膜作为基膜,分别选用哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为水相单体和有机相单体,通过界面聚合工艺的优化,成功制备了低压中空纤维纳滤膜.用扫描电子显微镜和原子力显微镜对膜表面形貌进行表征,用傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析膜表面的化学结构和元素组成,测试了复合膜的表面水接触角、Zeta电位、截留分子量和孔径分布,研究了单体浓度、界面聚合反应时间以及测试压力对复合膜性能的影响并确定了最佳的工艺条件.结果表明,优化的低压中空纤维纳滤膜具有低交联度的聚酰胺功能层,在0.2 MPa的测试压力下,纯水通量达到(16.0±0.4)L/(m^(2)·h),对质量浓度为1 g/L的盐溶液的截留率为Na_(2)SO_(4)(94.2%±0.9%)>MgSO_(4)(92.2%±0.9%)>MgCl_(2)(51.0%±0.5%)>NaCl(9.5%±0.3%),表现出优异的Na_(2)SO_(4)/NaCl选择性.

纳滤膜对不同水源中无机物处理效果及膜污染特性分析

针对不同水源地(引黄水库、微污染湖泊、河流)水质差异问题,分别选取了不同典型水体(鹊山水库、南阳湖和沂河)开展纳滤实验,探究了NF1、NF2两种纳滤膜对不同水源中无机污染物的去除效能与膜污染情况。结果表明,3种原水经过预处理和纳滤处理后pH值略有下降,浊度均在0.186 NTU之下,总硬度、溶解性总固体(TDS)的含量均较低。NF1和NF2对一价离子平均去除率分别达到92.35%,42.35%以上,对二价离子的平均去除率分别可达97.87%,85.67%以上;NF2在处理南阳湖原水后,无机污染情况较为严重;酸碱联合冲洗对污染膜的修复效果更好。

纳滤膜对不同水源水中有机物处理效果

为探究纳滤(NF)在实际水体中去除有机物的特性,以水质常规指标、三卤甲烷生成势(THMFP)、亲水性有机碳及三维荧光为主要指标,综合研究了两种NF膜(NF1和NF2)对不同水体中有机污染的处理效果,并探索了膜污染机制。结果表明,NF1、NF2均能有效改善饮用水水质,对总有机碳的去除率分别可达到94%、72%以上;对高锰酸盐指数的去除率分别可达到80%、66%以上。NF1对进水THMFP的去除率均在90%左右。无机和有机污染的协同作用是造成NF膜污染的主要原因。

某大型纳滤工艺地表水厂优化运行及不可逆膜污染分析

依托江苏省某大型纳滤工艺地表水深度处理工程,围绕纳滤工艺在实际工程应用中的运行优化方法、膜污染情况及能耗和碳排放计算开展研究。该纳滤工程采用国产疏松型纳滤膜,产水高锰酸盐指数低于0.5 mg/L,总硬度(CaCO_(3)计)为77~107 mg/L。同时在采取一系列优化改进措施缓解膜污染问题后,纳滤系统电耗由0.239 kW·h/m^(3)降低至0.194 kW·h/m^(3)。结果表明选择适宜的阻垢剂类型和投加方式对膜污染的控制效果最为明显。研究发现纳滤膜在长期运行后均存在一定程度的不可逆污染。受到进水格网和膜元件位置的影响,其中无机污染以AlPO_(4)为主,主要发生在系统后段,并且可能与腐殖酸、富里酸存在相互作用,形成腐殖酸/富里酸-Al-P络合物。纳滤工艺在实际应用中需注意磷酸盐类阻垢剂的使用,同时应尽可能降低进水中残余铝的浓度。

连续式微滤膜分离乳清蛋白的研究

文章研究了跨膜压力对连续式微滤膜分离技术工艺参数、分离效果及组分组成的影响。以脱脂乳为原料,使用0.1μm陶瓷微滤膜三级连续在线洗滤工艺分离乳清蛋白和酪蛋白。实验使用0.08、0.11、0.14 MPa 3个梯度,在50℃,3.5倍浓缩的条件下连续生产240 min。计算跨膜压力并且检测截留液和透过液中的α-乳白蛋白(α-La),β-乳球蛋白(β-LG)含量及钾、钙、钠、镁等金属离子的含量。结果表明一级膜通量下降是导致整体膜通量下降的主要因素,经过240 min实验通量下降约17.2%。研究了不同跨膜压力下的膜通量变化情况,膜通量与跨膜压力呈正相关关系,水洗恢复率与跨膜压力呈负相关关系。随着实验时间的延长,膜表面形成不可逆的污堵层,乳清蛋白分离率下降,透过液中乳清蛋白含量下降,150 min后α-乳白蛋白浓度下降37%,β-乳球蛋白浓度下降36.5%。乳清蛋白中2种主要蛋白质比例会随着跨膜压力变化而变化,随着跨膜压力的升高β-乳球蛋白含量会逐渐升高。三级连续膜过滤后,乳清蛋白最高分离率90%左右(α-乳白蛋白为90.4%,β-乳球蛋白为92.7%)。乳中蛋白质的形态和功能受金属离子影响,分离过程中一价阳离子在膜两侧分布较均匀(脱除率大于80%),而二价阳离子则主要集中在截留液一侧(钙离子脱除率为38%)。透过液中的每克蛋白质所对应的金属离子比例远远大于其在截留液中的比例。

TA对基于DA/PEI的PVDF复合疏松纳滤膜的结构与性能影响的研究

为了对染料废水中染料和盐进行有效地分离与回收,以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基膜,以多巴胺(DA)、单宁酸(TA)及聚乙烯亚胺(PEI)为共沉积物,以均苯三甲酰氯(TMC)为有机相,采用界面聚合法制备了PVDF复合疏松纳滤膜,探讨了DA与TA及PEI与TA的质量浓度比对PVDF复合疏松纳滤膜结构与性能及处理模拟RB5染料废水效果的影响。结果表明,当ρ(DA)/ρ(TA)与ρ(PEI)/ρ(TA)分别为2/8和4/6时,膜性能最佳,此时纯水通量较不添加TA时分别提高36%和114%;模拟RB5染料废水通量较不添加TA时分别提高37%和87%;染料截留率分别为95.5%、95.4%,盐(NaCl)的截留率分别为3.95%、3.15%。PVDF复合疏松纳滤膜在处理模拟RB5染料废水中运行稳定性良好。

膜洗滤过程数学建模与操作优化

膜洗滤过程包括浓缩环节和顶洗环节,并可简化为单一的浓缩或顶洗,是压力驱动型筛分截留膜分离过程的一种基本工艺模式。膜洗滤过程的模型化研究,涉及从微观渗透传递机理到宏观工艺过程的宽范围内容,存在变量多、形式复杂、求解困难等问题。本文在分析和总结膜洗滤过程的基础上,按照间歇顶洗和连续顶洗的类别,分别综述了膜洗滤过程的物料衡算模型和时间优化模型的相关研究,并对多参数协同优化的膜洗滤过程的模型化研究进行了展望。在应用过程中,系统性理论模型的支持,能够在有限的实验和定性判断基础上确定膜处理工艺和参数,这将为膜设备性能的发挥和生产效率的提高提供关键理论支撑。

温控响应型纳滤膜构建及其非相变控污机制研究

研究温控响应型聚合物对纳滤膜性能的调控及其在非相变条件下的控污机制。结果表明:改性纳滤膜的聚酰胺分离层具有更低的交联度与更薄的厚度,改性纳滤膜的纯水流量提升71%,对二价阴离子的截留率在97%以上,对一价阴离子的截留率略有下降。通过动态污染试验,相比于传统纳滤膜,改性纳滤膜的比通量提升8.4%。分子动力学模拟表明,聚酰胺分离层在水溶液中呈电负性,可通过静电作用吸附钙离子,产生“膜-阳离子-有机物”三者间的复合污染。温控响应型聚合物呈电中性,与阳离子的相互作用较弱,抑制了架桥作用引发的膜污染问题。