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文檔簡介
1、正滲透(forward osmosis,F(xiàn)O)技術在常壓條件下能利用半透膜兩側溶液滲透壓差異,可實現(xiàn)溶液自發(fā)分離,在解決水源與能源間的矛盾方面表現(xiàn)出巨大的潛力。然而,長期以來由于高性能FO膜的短缺抑制了該技術的發(fā)展,在壓力驅動過程中表現(xiàn)優(yōu)異的滲透膜,卻在FO過程中出現(xiàn)嚴重的內(nèi)濃差極化效應,導致膜的滲透通量遠低于理論值,極大地影響了生產(chǎn)效率和FO技術的實際應用。同時,復合膜皮層粗糙的表面和化學結構增加了膜污染傾向。因此,針對以上問題,開發(fā)
2、新型的高性能復合膜,在保持高選擇性的同時,減弱內(nèi)濃差極化的負面影響,提高水的滲透通量,增強膜的抗污性能,成為當前正滲透膜開發(fā)的研究熱點。
共混改性是提高聚合物膜材料性能、拓寬其應用范圍的簡單、高效的方法。本文通過在常用的膜材料PES中摻入碳納米管、氮化碳摻雜石墨烯、MMT@SPES等有效地改善了薄膜復合膜支撐層的結構和性質(zhì),降低了膜的結構參數(shù),提高了膜的滲透通量,另外,我們還用簡單的二次界面聚合法實現(xiàn)了聚酰胺層的化學結構性質(zhì)、
3、表面形貌及其在正滲透過程中應用性能的轉變。主要的研究結果如下:
(1)酸化后的多壁碳管在聚吡咯烷酮的輔助下通過溶液混合法分散于PES基質(zhì)中,經(jīng)相轉化獲得多孔膜,以其為基膜制備了復合膜,并用于鹽水的分離。結果發(fā)現(xiàn):適當?shù)奶技{米管可增加基膜孔隙率,因碳管貫穿在基質(zhì)中形成更多的孔道結構,有助于通量的增加,復合膜的截鹽率也可達97%,同時,基膜的力學強度并不因形成較多的孔隙發(fā)生下降,反隨碳管的添加量增加而升高。
(2)成功合
4、成了一種多孔層狀材料一氮化碳摻雜石墨烯(CN/rGO)并用作復合膜支撐層的改性劑,在PES基質(zhì)中添加0.5 wt.%的CN/rGO,所得復合膜在2M氯化鈉為提取液,去離子水為進料時,可獲得高達41.4 L/m2h的水通量,比空白膜高20%,這一結果歸因于膜結構的改善和基膜孔壁親水性的增加。
(3)利用無機粒子-蒙脫土(MMT)與親水性聚合物-磺化聚醚砜(SPES)間的靜電作用,減少了親水性聚合物在非溶劑相轉化過程中的損失, F
5、T-IR和XPS分析結果證明,MMT把更多的SPES錨定在PES基質(zhì)中。我們發(fā)現(xiàn)添加了MMT@SPES的多孔膜,由于潤濕性能的增加,純水透過系數(shù)從PES膜的60.9LMH/bar提升到460 LMH/bar,而膜孔徑維持在適合形成聚酰胺層的300 kDaMWCO以內(nèi)。用以上多孔膜作基膜的正滲透復合膜,以PES/MMT@SPES(40)為例,其在FO模式下,水通量比基于PES/SPES所得的復合膜通量提高了4倍,而鹽的反向滲漏通量減小了一
6、半,這一結果可歸因于混合基質(zhì)的基膜具有更強的潤濕性和更窄的孔徑分布。
(4)通過分別用乙二胺(EDA)和乙二胺乙磺酸鈉(SEA)水溶液浸漬初生的芳香聚酰胺(PA)層,在復合膜表面發(fā)生原位二次界面聚合(SIP)反應,我們系統(tǒng)考察了二次界面聚合及所用浸漬單體對膜的性質(zhì)及應用性能的影響,發(fā)現(xiàn)EDA改性可提高膜的抗污性能,SEA則在不影響膜的選擇性的前提下,正滲透水通量增加了2倍,但盡管其表面更加平滑和親水,抗污能力卻發(fā)生了下降。這是
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