高性能正滲透復(fù)合膜的制備及表征.pdf

1、正滲透（forward osmosis，F(xiàn)O）技術(shù)在常壓條件下能利用半透膜兩側(cè)溶液滲透壓差異，可實(shí)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(shù)的發(fā)展，在壓力驅(qū)動(dòng)過程中表現(xiàn)優(yōu)異的滲透膜，卻在FO過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)濃差極化效應(yīng)，導(dǎo)致膜的滲透通量遠(yuǎn)低于理論值，極大地影響了生產(chǎn)效率和FO技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，復(fù)合膜皮層粗糙的表面和化學(xué)結(jié)構(gòu)增加了膜污染傾向。因此，針對(duì)以上問題，開發(fā)

2、新型的高性能復(fù)合膜，在保持高選擇性的同時(shí)，減弱內(nèi)濃差極化的負(fù)面影響，提高水的滲透通量，增強(qiáng)膜的抗污性能，成為當(dāng)前正滲透膜開發(fā)的研究熱點(diǎn)。
　　共混改性是提高聚合物膜材料性能、拓寬其應(yīng)用范圍的簡(jiǎn)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(fù)合膜支撐層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，降低了膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高了膜的滲透通量，另外，我們還用簡(jiǎn)單的二次界面聚合法實(shí)現(xiàn)了聚酰胺層的化學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)、

3、表面形貌及其在正滲透過程中應(yīng)用性能的轉(zhuǎn)變。主要的研究結(jié)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(zhuǎn)化獲得多孔膜，以其為基膜制備了復(fù)合膜，并用于鹽水的分離。結(jié)果發(fā)現(xiàn):適當(dāng)?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(jié)構(gòu)，有助于通量的增加，復(fù)合膜的截鹽率也可達(dá)97％，同時(shí)，基膜的力學(xué)強(qiáng)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(fù)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(fù)合膜在2M氯化鈉為提取液，去離子水為進(jìn)料時(shí)，可獲得高達(dá)41.4 L/m2h的水通量，比空白膜高20％，這一結(jié)果歸因于膜結(jié)構(gòu)的改善和基膜孔壁親水性的增加。
　　(3)利用無機(jī)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(zhuǎn)化過程中的損失， F

5、T-IR和XPS分析結(jié)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(fù)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(fù)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(jié)果可歸因于混合基質(zhì)的基膜具有更強(qiáng)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(fù)合膜表面發(fā)生原位二次界面聚合（SIP）反應(yīng)，我們系統(tǒng)考察了二次界面聚合及所用浸漬單體對(duì)膜的性質(zhì)及應(yīng)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