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。     

均苯三甲酰胺-胺的合成及表征

以均苯三甲酰氯(TMC)和1,3-二氨基-2-丙醇(DAP)为原料,通过酯化、酰胺化和酯胺解反应,合成了树枝状大分子化合物均苯三甲酰胺-胺(TMAAM),并优化了合成工艺.考察了甲醇用量、缚酸剂种类及用量和原料DAP用量等对反应收率的影响,分析了酯胺解反应机理.用红外光谱(IR)、核磁(NMR)和高分辨质谱(HRMS)分析了TMAAM的化学结构.该合成方法反应条件温和,操作简单,后处理方便,并具有较高的反应经济性,产品收率最高可达57%.     

有机-无机杂化介孔二氧化硅在环境保护中的应用

将有机基团通过后嫁接或共缩聚法引入到介孔二氧化硅的孔道表面或骨架中,根据有机基团在材料中的位置可得到表面结合型和桥键型两类功能化介孔材料.本文总结了有机-无机杂化介孔二氧化硅的分类及合成方法,重点介绍了该类材料作为吸附剂在环境保护中的应用,包括金属阳离子、含氧阴离子、有机污染物和气体的去除与回收.并展望了有机-无机杂化...     

一种新型聚酰亚胺-氨酯反渗透复合膜材料的合成及表征

采用关键功能单体N,N'-二甲基间苯二胺(DMMPD)和多元酰氯5-氯甲酰氧基-异肽酰氯(CFIC)聚合制备了一种耐氧化的聚酰亚胺-氨酯(DMMPD-CFIC)反渗透复合膜材料. 研究了水相溶剂、 多元胺浓度和组成及两相接触时间等因素对DMMPD聚合成膜的影响. 结果表明, 虽然DMMPD-CFIC膜的脱盐率不够理想, 但将4-甲基间苯二胺(MMPD)与DMMPD以2∶1(质量比)组合后制得的MMPD/DMMPD-CFIC膜的脱盐率得到显著提高, 并且对膜的耐氯性能影响不大. 采用傅里叶衰减全反射红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析了2种膜的活性层的结构, 并利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对膜的表面形态进行了表征.     

支撑磷脂双层膜的研究进展

支撑磷脂双层膜(supported phospholipid bilayers,SPBs)是细胞膜研究中普及的模型,是固定生物活性物质的理想材料,不仅可以保持生物分子的活性,还能有效抑制其他生物分子的非特异性吸附,在跨膜蛋白、仿生膜、水处理、生物医学和生物传感器等研究领域具有广泛的应用前景。本文介绍了支撑磷脂双层膜的表征方法和制备方法,包括Langmuir Blodgett(LB)膜提拉法、囊泡融合法和LB膜提拉法与囊泡融合联合法;详细阐述了囊泡融合法制备SPBs的机理;综述了囊泡融合法制备SPBs的影响因素,包括囊泡浓度、缓冲溶液、温度、囊泡和基底表面电荷等因素;列举了支撑磷脂膜的应用,并展望了支撑磷脂双层膜的研究趋势。     

反渗透膜微结构的调控及海水脱硼性能的提升

通过引入聚乙烯亚胺(PEI)链与对叠氮苯甲酸(ABA)分子对薄层芳香聚酰胺复合反渗透膜(TFC)进行接枝改性, 采用傅里叶衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析了反渗透膜活性分离层的化学组成和结构, 用静态水接触角仪与Zeta电位仪测试了反渗透膜表面的亲疏水性和电荷性质, 并利用扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)观察其表面形貌, 测试了反渗透膜在苦咸水与海水条件下的分离性能. 实验结果表明, 使用PEI与ABA对反渗透膜改性后, 提升了其分离层的致密度, 使硼渗透通过反渗透膜时的传质阻力变大, 从而将改性反渗透膜(TFC-PEI-ABA)对硼的截留率提升至90.45%, 达到了世界卫生组织对水质的要求.     

环氧氯丙烷交联季铵化壳聚糖/聚砜复合纳滤膜的制备

将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)的铸膜液与聚砜超滤膜进行复合,用环氧氯丙烷(ECH)交联,制备了一种新型荷正电复合纳滤膜.结果表明,该类膜呈复合结构,截留分子量为720;20℃时,膜的纯水渗透系数为12.6 L·h-1·m-2·MPa-1,对不同无机盐料液的截留的顺序由高到低为MgCl2,NaCl,KCI,MgSO4,Na2SO4,K2SO4.     

聚丙烯酰胺/蒙脱土纳米复合物-聚乙烯醇共混膜的制备及其渗透汽化性能

用原位聚合法制备聚丙烯酰胺/蒙脱土(PAM/MMT)纳米复合材料, 通过透射电镜研究了蒙脱土在聚丙烯酰胺基体中的形貌和分布. 结果表明, 蒙脱土以片层结构分布在聚合物基体中. 用超声波分散聚乙烯醇和聚丙烯酰胺-蒙脱土共混铸膜液制得共混膜, 用红外吸收光谱和扫描电镜研究了两者的相互作用和形貌. 考察了共混膜在异丙醇-水混合溶液中的溶胀吸附性能及共混比和蒙脱土含量对膜分离性能的影响, 结果显示, 聚乙烯醇膜中添加适量的蒙脱土纳米粒子可以大大改善膜的分离选择性.     

新型聚(酰胺-脲-酰亚胺)反渗透复合膜的稳定性

通过二次界面聚合法制备了一种新型的聚(酰胺-脲-酰亚胺)反渗透复合膜.将常规二元胺——间苯二胺(MPD)与关键功能单体5-异氰酸酯基-异肽酰氯(ICIC)通过界面聚合得到MPD-ICIC初生态基膜,再与关键功能单体N,N'-二甲基间苯二胺(DMMPD)经二次界面聚合制得聚(酰胺-脲-酰亚胺)反渗透复合膜.采用傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析膜活性层的化学结构,评价膜的分离性能,在此基础上采用分子动力学模拟方法从微观角度分析二次聚合膜的稳定性.     

新型抑菌Cu2+固载超滤膜的制备及性能表征

将聚乙烯亚胺(PEI)通过静电作用自组装于聚丙烯腈(PAN)多孔基膜表面,形成高分子聚电解质层;进一步通过浸泡法和动态电沉积法,将Cu2+固载于高分子聚电解质层上,制备出新型Cu2+固载超滤膜.研究结果表明,Cu2+固载超滤膜的PEI层和Cu2+均具有较高稳定性;该分离膜对腐植酸的截留率高达99.0%,且具有优良的抑菌性能,抑菌率高达85.7%.此外,相对于静态浸泡法,动态电沉积法是一种更有效的Cu2+固载手段,不仅大幅缩短了固载时间,还显著提高了Cu2+固载率.