延缓疏水膜润湿的原料液预处理方法研究

亲水化渗漏是疏水膜技术应用面临的关键性瓶颈问题之一,其产生的主要原因是水体中污染物中的表面活性物质对疏水膜的润湿作用.本文提出利用絮凝强化气-液萃取的预处理工艺以去除原液中的表面活性物质,以期减缓疏水膜的润湿进程.以十二烷基苯磺酸钠来模拟代表水体中腐殖酸等荷负电性表面活性物质,用聚偏氟乙烯中空纤维疏水膜进行减压膜蒸馏的润湿实验,探究预处理方法、预处理过程中絮凝剂的荷电性、种类以及用量对疏水膜材料亲水化渗漏的影响.结果表明:絮凝强化气-液萃取的预处理工艺可以有效去除原料液中的表面活性物质;阳离子型絮凝剂预处理效果优于阴离子型;有机絮凝剂预处理效果优于无机絮凝剂;当阳离子型聚丙烯酰胺加入量为12 mg/L时,表面活性物质十二烷基苯磺酸钠的去除率与未经絮凝预处理相比提高了17%.

抗污染PVDF-CTFE膜耦合亲水改性研究

通过本体改性或表面改性提高膜的亲水性可以减轻膜污染.然而,本体改性中加入的亲水物质过多会导致膜发生溶胀,造成膜的拉伸强力降低;接枝大分子的表面改性可能会引起膜表面堵孔,造成膜通量降低.本文将适量本体改性和小分子表面改性2种方法耦合对膜进行亲水化改性,有望打破单一改性方法中存在的局限性来更好的提高膜的抗污染性能.首先使用葡甲胺对聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-CTFE)膜进行本体改性,之后使用小分子牛磺酸对本体改性后的PVDF-CTFE膜进行表面改性.结果表明,相较于单一本体改性膜,本体-表面耦合改性法所制备的膜的水接触角由91.5°降至41.8°,膜表面亲水性得到了很大的提升,且BSA过滤通量得到了明显提高.相较于单一表面改性膜,通过本体-表面耦合改性法所制备膜的纯水通量由3394 L/(m^(2)·h·MPa)提升至4743 L/(m^(2)·h·MPa).本体-表面耦合改性法使2种改性方法产生协同效应,有效提升纯水通量和亲水性以及抗污染性能.

基于单宁酸的中空纤维纳滤膜抗污染改性

针对纳滤膜污染问题,采用富含酚羟基的单宁酸对聚酰胺纳滤膜表面进行接枝改性,构建富含酚羟基的抗污染层。探究单宁酸浓度对接枝效果的影响,利用傅里叶变换红外光谱仪、Zeta电位以及水接触角测定仪等手段对改性膜进行表征.结果表明,当单宁酸质量分数为0.15%时,改性膜通量衰减率最低,为5.05%,且稳态膜通量最高,为97.8 L/(m^(2)·h·MPa);在简单的去离子水清洗后通量恢复率达到98.1%;相比于常规纳滤原膜,通量衰减率降低了84.6%,稳态通量提升了48.9%,通量恢复率提升了11.8%,展现出优良的抗污染性能.

低温热致相分离法制备PVDF-CTFE多孔膜的研究

利用低温热致相分离法制备了PVDF-CTFE多孔膜,重点考察了甘油含量和凝固浴温度对成膜机理和性能的影响.结果表明,甘油有促进热致相分离(TIPS)和非溶剂致相分离(NIPS)的双重作用.甘油含量的提高,一方面作为非溶剂使铸膜液浊点温度与凝固浴温度的温差变大,加强了TIPS效应,使膜结构呈TIPS效应为主的双连续结构,避免了NIPS效应所致典型的指状孔结构;另一方面作为NIPS的致孔剂,会加强NIPS效应,促使发生双扩散,生成更多孔结构,二者竞争共同作用.最终甘油含量的提高使TIPS效应占主导,NIPS所致的皮层结构变薄,膜断面结构从致密堆积状向多孔蜂窝状结构转变,提高了膜的通透性.当甘油添加量为7.5%(质量分数)时,PVDF-CTFE中空纤维多孔膜综合性能最佳,拉伸断裂强度达2.6 MPa,纯水通量达860 L/(m^(2)·h·MPa).凝固浴温度的提高,减少了铸膜液浊点温度与凝固浴的温差,减弱了TIPS效应,加强了NIPS效应的传质过程,使膜结构从蜂窝状结构向指状孔结构转变,皮层厚度增加,导致膜孔隙率和纯水通量提高,力学性能下降.当凝固浴温度为80℃时,PVDF-CTFE平板多孔膜的纯水通量为1510 L/(m^(2)·h·MPa),拉伸断裂强度为2.1 MPa.

多羟基单体调控分离层结构制备高性能净水用纳滤膜

为了制备高效净化水中微污染物的纳滤膜,在哌嗪(PIP)水相溶液中混入小分子的多羟基第二单体双(2-羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷(BIS-TRIS),两者同时与均苯三甲酰氯(TMC)发生聚合反应,利用BIS-TRIS的羟基与PIP的氨基产生竞争作用来调控纳滤膜的分离层结构,制备净水用纳滤膜.采用傅里叶红外光谱与Zeta电位研究了膜的化学结构及表面荷电性,并对膜的分离性能与抗污染性能进行了表征.结果表明,与纯PIP和TMC制备的聚酰胺膜相比,BIS-TRIS的加入将膜孔径分布从0.3~0.9 nm提升至0.4~1.0 nm,成膜截留分子量从223提高到267,分离层厚度由135 nm减小到115 nm,渗透通量从93.6 L/(m^(2)·h·MPa)增加为220 L/(m^(2)·h·MPa),Na_(2)SO_(4)截留率由最初的95.6%提升至98%,盐酸四环素截留率由94%提升至98.4%,并且膜的抗污染性能进一步得到改善.本研究提出利用水相溶液中羟基、氨基与TMC的竞争交联作用来调控分离层结构,为高效去除水中微污染物的纳滤膜制备提供了简便的策略.

疏水膜、疏水性能评价及其自发脱水干燥

介绍了多孔疏水膜的定义、临界润湿值的概念、疏水膜的透水压力值和临界润湿值测试方法。区别于通常的外力加热等方法,介绍了利用疏水膜材料自身特性来实现疏水膜干燥的两种疏水膜自脱水干燥的方法.一种方法是控制膜污染润湿进程,当膜孔被润湿的深度小于该疏水膜材料的临界润湿值时,通过膜清洗实现疏水膜的自发脱水干燥.另一种方法是构建亲疏水双层复合疏水膜,当膜运行至产水电导率明显上升时,停机清洗,利用亲水材料与水之间的吸引力大于疏水材料与水之间的吸引力的特性使疏水膜孔自发脱水干燥.

亲水性大孔径聚氯乙烯中空纤维蛋白分离膜的研制

以聚氯乙烯(PVC)为膜材料,在成膜混合物中加入亲水性多羟基氨基化合物葡甲胺,葡甲胺的氨基-NH2与聚氯乙烯(PVC)分子链上的C-Cl键反应活性位点发生亲核取代反应,通过非溶剂致相分离法(NIPS)制备了亲水性聚氯乙烯中空纤维膜,考察了葡甲胺浓度对膜亲水性的影响.研究发现,随着葡甲胺浓度增加,膜的亲水性和水通量提高.在此基础上,以亲水性两亲性聚合物Pluronic F127为致孔剂,采用NIPS法制备大孔径聚氯乙烯中空纤维膜.考察了Pluronc F127添加量对PVC膜孔径的影响.结果表明,当Pluronic F127的添加量增加,PVC膜的最大孔径先增大后减小,最高可达0.46μm,此时水通量6430 L/(m^(2)·h·MPa),BSA透过率为95%,细胞截留率为100%,通量恢复率测试结果表明,与原膜相比,亲水性大孔径聚氯乙烯中空纤维膜的抗污染性能有效提升.

中间层构建及其反渗透复合膜性能的探讨

自制了聚氯乙烯(PVC)超滤基膜,通过多元胺(二乙烯三胺-DETA和哌嗪-PIP)和多元酸(衣康酸-IA、马来酸酐-MAH和柠檬酸-CA)反应形成了基膜表面中间层,采用间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)界面聚合(IP)制备了反渗透(RO)复合膜,讨论了多元胺/多元酸种类(DETA/CA,DETA/MAH,DETA/IA,PIP/IA)、反应次数等对中间层性能和RO膜性能的影响.结果表明,当50℃时,利用3 mol/L二乙烯三胺和0.5 mol/L衣康酸在基膜表面反应4次的中间层所制备的RO复合膜,在2.0 MPa压力下对质量浓度1800 mg/L的氯化钠水溶液脱盐率为97.58%,其水通量为34.8 L/(m^(2)·h·MPa),与空白对照RO膜相比水通量提升41.3%,因此,这种中间层构建的方法为高通量RO复合膜的制备提供了理论依据.

电絮凝-超滤除氟控铝工艺参数优化

电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration process,EC-UF)工艺在饮用水除氟方面具有良好的应用前景,但是存在着能耗较高和出水余铝不达标的问题。实验通过优化电絮凝参数和pH,解决了EC-UF工艺能耗高和出水余铝不达标问题。主要考察了电絮凝pH、电流密度、水力停留时间、初始氟浓度对氟离子的去除效果以及膜污染的控制情况,并分析了铝络合物对氟的去除机理。结果表明,在电流密度10 A·m^(-2)、水力停留时间30min、pH在6.0～7.0的最佳工艺条件下,EC-UF工艺的出水氟、余铝含量均可达到生活饮用水水质标准。与传统工艺相比,调控pH的EC-UF工艺能耗为0.467 kWh·g^(-1),降低了33.9%,并且具有较好的出水水质,表明p H的调控是EC-UF除氟控铝工艺优化的关键因素。

镍铝复合金属氧化物电极电吸附去除水中硫代硫酸根研究

水滑石是一种高效的电吸附材料,可用于工业废水中硫代硫酸盐的去除.硫代硫酸盐(S2O2-3)是废水中主要含硫污染物.本研究采用共沉淀法,在泡沫镍基体上成功合成了Ni Al-LDHs,并经煅烧成功转化为Ni Al-LMO电极.NiAl-LMO电极电化学性能稳定,可逆性好,比电容可达577F·g-1.NiAl-LMO电极在外加电压为1. 0 V、p H为7、温度40℃时,对S2O2-3电吸附效率最高达60.9%,施加相反电压后S2O2-3电脱附率达84.9%.本研究为含S2O2-3废水处理提供了新的电吸附电极材料和技术选择.