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超薄聚酰胺納濾膜與反滲透膜的區別

文章出處:admin 人氣:發表時間:2019-11-20

  據高分子科技微信公眾平臺近日訊,天大吳洪、姜忠義教授團隊成功制備超薄聚酰胺納濾膜。納濾膜指的是孔徑在1nm以上,一般1-2nm。是允許溶劑分子或某些低分子量溶質或低價離子透過的一種功能性的半透膜。它是一種特殊而又很有前途的分離膜品種,它因能截留物質的大小約為納米而得名,它截留有機物的分子量大約為150-500左右,截留溶解性鹽的能力為2-98%之間,對單價陰離子鹽溶液的脫鹽低于高價陰離子鹽溶液。被用于去除地表水的有機物和色度,脫除地下水的硬度,部分去除溶解性鹽,濃縮果汁以及分離藥品中的有用物質等。


  
  在實驗室超純水機中,一般使用的都是反滲透膜,反滲透膜是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜,是反滲透技術的核心構件。反滲透技術原理是在高于溶液滲透壓的作用下,依據其他物質不能透過半透膜 而將這些物質和水分離開來。超純水機上的反滲透膜與超薄聚酰胺納濾膜在物力性質上有共同性,但是超純水機的反滲透膜會隨著實驗室對水質的需求不同而采用不同的工藝,而且反滲透膜的價格要比超薄聚酰胺納濾膜的價格要貴很多。超薄聚酰胺納濾膜多用在海水淡化上,該膜對Na離子的去除效果非常好,并且對海水中除了Nacl之外的其它Na鹽的去除都有不錯的效果。


  
  傳統界面聚合法形成的聚酰胺皮層厚度多為幾十到上百納米,制約了納濾膜的滲透通量。根據Freger等建立的聚酰胺層生長動力學模型,提高胺單體初始濃度可有效降低膜厚度,然而,傳統高分子超濾/微濾基膜的孔密度較低、親水性欠佳,吸附和儲存胺單體能力有限。


  
  天津大學吳洪教授、姜忠義教授團隊采用共價有機框架介導界面聚合的策略,利用二維固有孔材料在基底上首先構筑高孔隙率超親水層,再進行界面聚合,成功制備出超薄聚酰胺納濾膜。合成了具有高比表面積且富含親水基團(胺基、酮基)的TpPa-1型共價有機框架納米片(covalent organic framework nanosheets,CONs)作為構筑單元,在基底上組裝一層CONs復合基膜(CONs-loading layer composite substrate,CLS)。在界面聚合過程中,CLS層可高效儲存胺單體,并優化單體分布與擴散,與TMC聚合后可得到超薄聚酰胺脫鹽膜。


  
  首先采用真空輔助自組裝將CONs沉積在商售聚醚砜微濾膜表面制得CLS。通過改變CONs的沉積量可調控CLS中胺單體負載量,進而優化界面聚合反應中胺單體的初始濃度。結果表明,提高CLS中胺單體負載量可促進界面聚合反應的自抑制過程,聚酰胺層厚度可從70nm減薄至10nm以下。

 

反滲透膜


  
  (a) 共價有機框架介導的超薄脫鹽膜制備過程;(b) PES基膜的表面形貌與表面親水性;(c) CLS復合基膜的表面形貌、表面親水性與斷面形貌;(d) CONs沉積量對CLS復合基膜水吸附能力與胺單體儲存能力的影響;(e) CONs沉積量對復合聚酰胺膜結構的影響。


  
  制得的超薄納濾膜水滲透速率可達535.5L m-2 h-1 MPa-1,同時可保持良好的二價鹽截留率(Na2SO4, 94.3%),是文獻報道納濾膜水滲透速率的2~8倍。此外,制得的超薄納濾膜在不同鹽濃度、不同操作壓力下均表現出良好的脫鹽性能和長期運行穩定性。

 

水處理反滲透


  
  (a) PA/CLS膜的分離性能;(b) 納濾性能對比圖;(c) PA/CLS膜對不同鹽溶液的分離性能;(d) PA/CLS膜對不同濃度Na2SO4的分離性能;(e) PA/CLS膜的耐壓性與(f)長期運行穩定性。


  
  膜技術的突破對于整個水處理行業來說都是一次不小的進步,隨著越來越多的科學家對于水處理行業的研究和重視,也使得水處理行業在科學技術上的不斷突破,巨大的市場商機將會隨著技術的突破如期而至,滲源純水也將隨著科學技術的不斷進步,引領水處理行業的良性發展,將膜法水處理技術帶給國內每一個實驗室。

 

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