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%。

聚酰胺纳滤膜表面羧基密度调控及其抗污染性能

采用均苯三甲酰氯(TMC)、对苯二甲酰氯(IPC)与哌嗪进行界面聚合反应,制备了不同羧基密度的聚酰胺纳滤膜.研究了羧基密度对膜污染的影响,并对纳滤膜的镁-锂分离选择效果进行评估.结果表明,TMC纳滤膜的羧基密度是IPC纳滤膜的3倍,水通量分别为81.9 L/(m^(2)·h·MPa)和56.5 L/(m^(2)·h·MPa).TMC纳滤膜对硫酸镁、氯化钠的截留效果优于IPC纳滤膜,对卤水镁的截留率达82.66%,对锂的截留率为-27.82%,具有较好的镁-锂分离选择效果.膜污染结果显示,TMC纳滤膜的不可逆通量衰减指数是IPC纳滤膜的3倍,抗污染能力与膜面羧基密度成反比.结果证实了膜面羧基官能团在膜污染中的关键作用,为制备具备抗污染性和高镁-锂分离比的纳滤膜提供了新思路.

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。

PEI/SA/Cu三元体系改性荷正电纳滤膜及其脱盐性能

通过将海藻酸钠(SA)与聚乙烯亚胺(PEI)共混作为二次界面聚合反应的水相溶液,SA与PEI强相互作用使SA嵌入到聚酰胺层中,从而提高膜的致密性.随后通过Cu^(2+)与SA结合提高膜表面荷正电性,提高膜对多价阳离子的截留性能.对比研究了SA和Cu^(2+)浓度对复合膜物化性质、表面形貌及分离性能的影响.结果表明,荷正电纳滤膜的最佳制备条件为:SA质量分数为0.01%,Cu^(2+)浓度为25 mmol/L,所对应的PS/Cu-3复合膜亲水性提高.与Control-PEI膜相比,其通量提高了257%,为(40.0±0.8)L/(m^(2)·h),对MgCl2的截留率从92.0%提升至97.1%,且具有良好的耐压性和稳定性.

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.

两性离子中间层调控的纳滤膜制备及其脱盐性能

为了打破纳滤膜的渗透性-选择性上限,制备兼具高渗透通量和高截留性能的薄层复合纳滤膜,首先在水解聚丙烯腈(HPAN)基膜表面沉积聚多巴胺/聚甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱(PDA/PSBMA)中间层,然后利用哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合,制备聚酰胺(PA)层;对膜的化学结构、形貌和表面特性进行表征,研究纳滤膜的性能。结果表明:中间层亲水且带负电,对膜孔未造成严重堵塞,优化了界面聚合反应界面;聚酰胺层的厚度仅为65 nm左右,聚酰胺层内部及其与支撑层之间存在大量通道,使纳滤膜纯水渗透性高达21.82 L/(m^(2)·h·bar)(1 bar=100 kPa);纳滤膜对盐的截留顺序为Na_(2)SO_(4)(98.87%)>MgSO_(4)(96.92%)>MgCl_(2)(50.14%)>NaCl(30.60%),Na_(2)SO_(4)截留率基本不受操作压力和盐浓度的影响,NaCl和Na_(2)SO_(4)的分离因子为61.42;此外,纳滤膜具有良好的抗污染性和长期稳定性,在海水淡化、饮用水净化等领域具有应用潜力。

基于深度学习模型的中试纳滤系统膜污染预测研究

膜污染的预测或模拟对于阐明膜污染机理和制定有效的污染控制措施具有重要意义。建立了一种门控循环单元(GRU)模型,用于预测中试纳滤系统的过滤性能,并探究膜的污染机理。采用跨膜压差(TMP)作为输出变量,考察以TMP自身为输入变量的单输入时间序列模型的预测效果,并探讨了9种水质参数:pH、水温、电导率、总溶解性固体(TDS)、总硬度(TH)、浊度、高锰酸盐指数(CODMn)、溶解性有机碳(DOC)以及UV254的独立和耦合效应对膜污染及预测结果的影响,筛选出最优模型与膜污染预测中常用的机器学习算法——随机森林(RF)和时间序列预测中广泛使用的长短时记忆网络(LSTM)进行比较。结果表明:以TMP自身数据作为输入的LSTM以及GRU单输入时间序列预测模型的R^(2)分别达到了0.9613和0.9861;水质参数对TMP的相关性顺序依次为:温度>电导率>TDS>总硬度>高锰酸盐指数>DOC>浊度>UV254>pH;以温度和电导率为输入的多变量GRU模型预测效果最佳(R^(2)=0.8344),预测精度优于相同时间步长的单输入GRU模型(R^(2)=0.4555)以及相同输入参数的多变量LSTM(R^(2)=0.6428)和RF模型(R^(2)=-4.1894),在此基础上增加或减少水质参数作为模型输入,模型的预测精度均有所下降。时间序列模型在膜污染预测方面展现出了较高的可靠性,GRU模型预测精度更高,在膜污染预测中具备更高的应用潜力。输入变量的特征选择对高效预测膜污染具有重要意义,对输入水质数据进行特征选择,可以显著提升模型的预测性能。此外,预测结果反向验证了水温和无机离子耦合是造成冬季纳滤膜污染的主要原因,冬季纳滤运行过程中要注意温度和无机离子污染对纳滤膜运行稳定性的影响。

氧化石墨烯界面调控纳滤膜制备及性能研究

为提高传统聚酰胺纳滤膜渗透性能和抗污染性能,文章以聚砜(PSF)超滤膜为基材,以哌嗪、均苯三甲酰氯为水相和有机相单体,引入氧化石墨烯(GO)作为亲水改性材料,通过界面聚合法制备氧化石墨烯复合纳滤膜(GO-PA-PSF膜),研究GO占比对膜表面形貌、化学结构及分离性能的影响。结果表明,当GO质量分数为0.01%时,GO-PA-PSF膜表面开始出现褶皱,膜表面粗糙度、亲水性和负电性增强,其渗透通量为50.47 L/(m^(2)·h),对Na_(2)SO_(4)的截留率为98.14%,在30 h脱盐试验中保持良好的稳定性,对3种模型污染物的抗污染性能有所提升。

废水处理中纳滤膜化学清洗技术研究现状、挑战与展望

纳滤技术由于其操作压力较低、对二价离子截留率高等优势,在市政污水、纺织废水、制药废水等废水处理领域有广阔的应用前景。然而膜污染问题的存在限制了纳滤技术的发展,膜污染不仅会导致膜通量衰减、分离性能下降,还会大大缩短膜的使用寿命。化学清洗可有效缓解膜污染,但常用的清洗剂均会对膜结构和分离性能产生影响,还可能引发生物耐药性及膜清洗废水二次污染等问题。本文对不同类型废水处理中纳滤膜的污染特征及化学清洗方法进行综述,并且重点阐释了酸、碱、次氯酸钠等化学清洗剂与聚酰胺纳滤膜的作用机制,以及频繁的化学清洗对膜面微生物的影响和所引发的生物风险,最后对有关问题的解决措施提出展望,以期为膜污染控制方法的优化提供参考。

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。

含苯磺酸侧基杂萘联苯聚醚砜纳滤膜的制备与性能

将含苯磺酸侧基杂萘联苯聚醚砜(SPPES-P-H)浸泡于氯化钠溶液中得到含苯磺酸钠侧基杂萘联苯聚醚砜(SPPES-P-Na),采用涂覆法制备含苯磺酸侧基杂萘联苯聚醚砜复合纳滤膜,考察聚合物浓度、热处理条件对复合纳滤膜性能的影响.结果表明,SPPES-P-Na复合纳滤膜的通量高于SPPES-P-H复合纳滤膜的通量;当SPPES-P-Na的质量分数为1.5%,热处理温度为100℃,热处理时间为30 min时,复合膜的水通量达到58.0 L/(m^(2)·h),Na_(2)SO_(4)的脱盐率为89.0%;当操作温度为95℃时,复合膜的水通量为205.0 L/(m^(2)·h),对Na_(2)SO_(4)的脱盐率为82.0%,表现出良好的耐热性;将复合膜在质量浓度0.2 g/L的次氯酸钠溶液中浸泡10 d,性能无明显变化,表现出优异的耐氯性.

大气颗粒物中铅和砷元素质控滤膜的制备及其实际应用

为填补我国生态环境监测领域大气颗粒物滤膜介质质控样品空白,保障颗粒物组分分析结果的准确性,客观、真实地反映我国大气颗粒物中金属元素的检测能力和技术水平,以大气颗粒物中常见的铅、砷2种元素为代表,研究制备了大气颗粒物滤膜质控样品,利用实验室比对的方式,在全国范围内组织各级各类生态环境监测机构共119家实验室开展实际应用和验证。结果表明,研制的滤膜介质中2种元素的均匀性与稳定性较好,符合能力验证样品的要求。参加比对实验室铅、砷测试结果的精密度与标准方法一致,统计得出的稳健均值与样品制备浓度接近,表明研制的滤膜样品应用效果较佳。该滤膜制备成本经济、可操作性强,可考虑将其作为日常监测中颗粒物金属元素分析的质控样品使用。实验室比对评价结果显示,铅、砷的满意率分别为86.6%、80.7%,可见我国生态环境监测机构大气颗粒物中铅、砷2种元素检测技术水平整体较好。

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。