纳滤膜的研究进展

纳滤膜是一种新型分离膜,其截流分子量介于反渗透膜和超滤膜之间,且对无机盐有一定的截流率。国内外纳滤膜制备方法有L-S相转化法、复合法、荷电化法和无机改性等。纳滤膜研究中存在着膜通量小、膜制作成本较高及抗污染性差等问题,因此选择和制备纳滤膜的材料,优化纳滤技术水处理工艺设计,提高纳滤性能,降低制膜成本,减轻膜污染等已成为当今科学研究的重要课题。     

纳滤膜新型材料研究

纳滤是一种介于超滤与反渗透之间的重要膜分离过程,具有工作压力低、无相转变及分离效率高等独特优势。膜污染及渗透性/选择性之间的平衡是纳滤膜在使用和研发过程中面临的亟待解决的两个主要问题。膜材料是膜与膜分离技术的核心,开发新型的纳滤膜材料是解决上述问题的重要手段。本文从新型纳滤膜材料的设计与选择的角度出发,总结归纳了近年来新型材料在纳滤膜的制备与应用研究现状,包括新型有机纳滤膜材料、新型无机纳滤膜材料和新型有机-无机杂化纳滤膜材料三个方面,拓展了对纳滤膜材料的认知,探讨了新型纳滤膜材料的共性及其存在的主要问题,并对未来高性能纳滤膜材料的研制方向进行了展望。     

具有图灵结构的聚苯并咪唑耐溶剂纳滤膜的制备及性能

以聚苯并咪唑(PBI)为原料,采用配位诱导相转化法制备具有图灵结构的纳滤膜.通过改变聚合物的含量调控图灵膜的形貌,探究图灵膜的纳滤性能,并对图灵膜在有机溶剂中的稳定性进行测试.使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对制备的图灵膜的表面形貌及结构进行表征.首次将配位诱导相转化法制备的图灵膜应用于耐溶剂纳滤中.研究结果表明:制备的图灵膜具有优异的纳滤性能和溶剂稳定性,该膜对玫瑰红(RB)、溴百里香酚蓝(BTB)及亚甲基蓝(MB)的截留率均可达到99%以上,在强极性溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中过滤时间长达40 h时,对RB的截留率仍达到86.66%以上,在耐溶剂纳滤(SRNF)中具有良好的应用前景.     

高分子纳滤膜的制备技术

纳滤膜是介入于反渗透膜和超滤膜之间的一种压力驱动的新型分离膜,已成为近年来研究的热点,由于其载留分子量范围相对较窄（200－1000）且孔径处于纳米级（10^-9m),因此膜材质的选择及制备技术成为制备出高性能纳滤膜的关键。本文介绍了高分子纳滤膜的几种主要的制备工艺,并概述了近年来国内外在高分子纳滤膜材质、制备方法以及所制膜性能及应用方面的研究进展。     

用流动电位法表征纳滤膜的结构及性能

利用测量流动电位的方法考察了纳滤膜的表面电学性能对纳滤膜的截留性能的影响.首先,采用不同功能层材料制备了复合纳滤(NF)膜,考察功能层的交联时间、单体结构等对表面电性能的影响,研究纳滤膜对不同无机盐的选择截留性能与表面电性能的关系.通过流动电位法测定纳滤膜的表面电学参数,如流动电位(ΔE)、zeta电位(ζ)和表面电荷密度(σd).实验表明,这些电学参数的变化与功能层交联时间和纳滤膜截留率的变化一致,在交联时间为45 s时,3种电学参数的绝对值均最大,而纳滤膜对无机盐的截留率也最大.复合纳滤膜zeta电位的绝对值(|ζ|)按照Na2SO4>MgSO4>MgCl2变化,同截留率的变化相同.带侧基单体交联后得到的纳滤膜的表面电性能参数的绝对值小于不带侧基单体的.因此,流动电位法可用于研究复合纳滤膜的截留机理和功能层结构.     

荷正电聚乙烯亚胺纳滤膜的制备与应用

纳滤是介于超滤与反渗透之间的膜分离技术,具有操作压力低,无相变,分离效率高及运行成本低等优点,广泛地应用于饮用水制备、污水处理、化工、制药和食品等领域.近年来,随着分离体系复杂程度的增加及对膜分离性能要求的提高,荷正电纳滤膜越来越受到研究者的关注.聚乙烯亚胺(PEI)是一类重要的多胺类荷正电纳滤膜材料,具有优异的亲水性、高荷电密度及反应活性.开发具有高分离性、高稳定性、耐酸碱性、耐溶剂性、抗菌性和耐污染性的荷正电PEI纳滤膜(P-PEI-NFM)日益成为研究的热点.本文对近年来P-PEI-NFM的制备方法进行归纳,总结了P-PEI-NFM在水软化、重金属脱除、碱性染料的分离及浓缩、抗生素分离和耐溶剂纳滤的应用.探讨了P-PEI-NFM存在的主要问题,并对未来的研究方向进行了展望.     

荷电高聚物纳滤膜

本文对荷电聚合物纳纳滤膜的制备、性能及应用进行了全面的介和评述，反映了近年来荷电聚合笺纳滤膜研究的最新进展和动向。     

改性氧化石墨烯/聚醚砜杂化荷正电纳滤膜的制备及表征

以壳聚糖荷正电改性的氧化石墨烯为无机添加剂,以聚醚砜为膜材料,聚乙烯吡咯烷酮为致孔剂,以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,采用相转化法制备了有机无机杂化纳滤膜.考察了不同改性氧化石墨烯添加量对膜分离性能的影响.研究结果表明,随着改性氧化石墨烯含量的增加,荷正电纳滤膜的断面形态结构并未发生明显改变,但杂化膜的纯水通量、分离选择性明显增加.从研究结果可以看出,改性氧化石墨烯的最佳添加质量分数在0.5%左右.     

盐湖提锂纳滤膜研究进展

锂是我国发展新能源等产业的关键资源,进口依赖度大。盐湖提锂是应对锂短缺问题的重要途径,然而盐湖中高浓度的伴生镁离子给高效提锂带来挑战。纳滤膜可通过孔径筛分和电荷排斥效应的协同,有效分离镁锂离子,在盐湖提锂中扮演着重要的角色。本文从纳滤膜结构(孔径、电荷、厚度)调控出发,介绍了新单体设计、表面改性、共混掺杂、底膜改性等膜结构调控策略,阐述了膜结构与镁锂分离性能的构效关系,总结了不同制膜方法在镁锂分离过程中的优劣,展望了新型镁锂分离纳滤膜的研究方向。     

混合基质水处理膜:材料、制备与性能

以反渗透、纳滤为代表的膜技术已广泛应用于海水和苦咸水脱盐等水处理过程。通过将纳米颗粒添加到传统复合膜基质中,可以制备具有高分离性能和耐污染性的新型膜材料。混合基质膜结合了无机材料及有机聚合物各自的优点,是新型水处理膜材料的发展方向。本文综述了添加无机纳米颗粒的混合基质反渗透、纳滤及正渗透膜的研究进展,详细讨论了不同类型纳米材料的性质和功能,分析了表面有机改性对改善纳米材料分散性以及与聚合物基质相容性的作用,探讨了纳米材料添加方式和膜制备方法对膜结构和性能的影响。在此基础上,进一步探究了混合基质膜的成膜及分离机理,归纳了目前研究中存在的主要问题,并对未来水处理膜材料的研发方向提出了建议。     

纳滤膜在水处理中的最新应用进展

纳滤膜(NF)是新的分离膜品种,对溶质的截留性能介于超滤膜(UF)和反渗透膜(RO)之间。纳滤膜的特性是表面带有电荷并具有纳米级的微孔,能够去除高价离子和分子量大于200的溶解性的有机物。特殊的分离效果使纳滤技术单独或者和其它技术联用应用于水处理领域,主要包括:(1)饮用水制备和深度净化;(2)海水淡化;(3)废水处理,例如生活污水、垃圾渗滤液等等。本文综述了纳滤技术在上述水处理领域中的应用进展及现存问题。     

低聚壳聚糖制备液纳滤纯化的可行性研究

通过对筛选的3种纳滤膜结构及对低聚壳聚糖、氨基葡萄糖和NaAc溶液的截留性能和纯化过程研究发现,3种纳滤膜的膜面粗糙度大小依次为:DL>DK>NTR-7450,均能对低聚壳聚糖100%截留,但只能部分截留氨基葡萄糖和NaAc,其截留率大小为:DK>DL>NTR-7450。从低聚壳聚糖的纯化工艺要求和抗污染能力方面考虑,NTR-7450纳滤膜更具有工业应用价值。此外,纳滤膜对溶质的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定,综合作用结果导致了低聚壳聚糖体系中的各种主要阳离子在纳滤过程中存在竞争透过,截留次序依次为:高分子低聚壳聚糖>氨基葡萄糖>Na+>H+。在Donnan效应和电离平衡的影响下,体系中Ac-在纳滤过程中也被脱出。纳滤纯化低聚壳聚糖制备液在技术上可行。     

聚电解质层层自组装纳滤膜*

层层自组装技术能够方便地对膜的微观结构和组成进行调控,已在制备复合型纳滤膜方面取得了迅速的发展。本文综述了近年来用于聚电解质层层自组装纳滤膜的制备方法,种类以及影响因素。介绍了静态层层交替沉积、压力驱动自组装和电场强化自组装等三种制备方法;归纳了均聚型、共聚型和有机/无机杂化型等三类用于层层自组装纳滤膜的聚电解质的特点;讨论了聚电解质的荷电性、电荷密度和电离程度等因素对其自组装膜分离性能的影响。总结了聚电解质自组装纳滤膜在水处理和有机溶剂中物质的分离等方面的应用。同时,对提高聚电解质自组装纳滤膜的组装效率,分离性能和发展方向提出了设想和建议。     

磺化纤维素纳米纤维多孔膜支撑的高通量纳滤膜的制备及脱盐性能

以细菌纤维素为原材料, 先后通过NaIO₄和NaHSO₃氧化还原反应制备了表面部分磺酸化的细菌纤维素(SBC)纳米纤维. 利用SBC纳米纤维多孔膜替代传统的超滤膜作为支撑底膜, 结合界面聚合反应调控制得复合纳滤膜, 并对其纳滤性能进行研究. 结果表明, 制备得到了对Na₂SO₄和MgSO₄具有高截留率(>96%)和超高分离通量(>320 L·m ^-2·h ^-1·MPa ^-1)的新型纳滤膜.     

ZIF-67改性木质素磺酸钠/聚乙烯亚胺层层自组装膜的纳滤性能研究

基于木质素磺酸钠/聚乙烯亚胺纳滤膜的可行性,制备了ZIF-67改性的木质素磺酸钠/聚乙烯亚胺复合纳滤膜。通过层层自组装技术在聚砜基膜上沉积了ZIF-67改性的聚电解质阴/阳离子层,以不同的料液Mg SO_4、CaCl_2和NaCl为分离体系来探究ZIF-67改性木质素磺酸钠/聚乙烯亚胺复合膜的分离性能,发现本研究制备的ZIF-67改性木质素磺酸钠/聚乙烯亚胺复合膜在不降低截留率的前提下,渗透通量较木质素磺酸钠/聚乙烯亚胺纳滤膜可提高到约原来的两倍。本文运用层层自组装技术制备的ZIF-67改性的新型纳滤膜,可应用于水软化领域且简便可行。     

耐溶剂纳滤膜*

纳膜分离过程是一种选择性高、操作简单、能耗低的分离技术,已在各工业领域和科学研究中得到广泛的应用。纳滤过程的诸多优点,使其在石油化工、医药、食品等领域的非水溶液体系中具有极大的潜在应用价值,而传统的纳滤膜难以拓宽到非水溶液体系中使用,为此进一步研究和发展耐溶剂纳滤膜,对于拓宽纳滤过程的应用极其重要。目前,耐溶剂纳滤膜已成为膜分离科学领域的研究热点,在现有报道的文献基础上,本文综述了有关在非水溶液体系中使用的耐溶剂纳滤膜制备的研究进展,并对将来的发展方向提出了建议。     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(II): 混合电解质溶液

假定纳滤膜具有狭缝状孔, 使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征, 用流体力学半径和无限稀释扩散系数表征了离子特性. 采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Poisson-Boltzmann理论描述了混合电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象, 计算了三种商用纳滤膜(ESNA1-LF, ESNA1和LES90)对同阴离子、同阳离子和含四种离子的混合电解质体系中离子的截留率, 并与实验数据进行了比较. 计算结果表明, 电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移, 纳滤膜对混合电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定. 该模型在低浓度时对含一价离子的混合电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果比较准确, 但对高浓度或含高价离子的混合电解质溶液则偏差较大.     

以聚偏氟乙烯为基底的高渗透选择性聚酰胺/酯纳滤膜的制备与表征

以亲水性聚(N-羟乙基丙烯酰胺)(PHEAA)、疏水性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为链段的两亲性三嵌段共聚物PHEAA-b-PMMA-b-PHEAA(PHMH)为改性剂,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基底膜材料,利用非溶剂诱导相分离法制备了PVDF/PHMH基底.与未改性PVDF基底相比,PVDF/PHMH基底表面孔径变小,孔隙率和亲水性增加;与PVDF基底纳滤膜N0相比,通过界面聚合制备的PVDF/PHMH基底纳滤膜N1表面粗糙度大、亲水性强、截留分子量小,N1纳滤膜对Na₂SO₄的截留率为96.0%,水渗透通量高达304 L·m^-2·h^-1·MPa^-1,优于商业化纳滤膜的渗透选择性.     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(I): 单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要. 本文假定膜具有狭缝状孔, 采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象. 使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征, 这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到. 本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl, KCl, LiCl), 2-1型(K₂SO₄)和2-2型(MgSO₄)单一电解质溶液的截留率, 并与实验数据进行了比较, 两者吻合较好. 计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移, 纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定. 该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确, 但对高浓度电解质溶液则偏差较大.     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(Ⅰ):单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要.本文假定膜具有狭缝状孔,采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象.使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征,这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到.本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl,KCl,LiCl),2-1型(K2SO4)和2-2型(MgSO4)单一电解质溶液的截留率,并与实验数据进行了比较,两者吻合较好.计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移,纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定.该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确,但对高浓度电解质溶液则偏差较大.