静电喷雾结合热压处理制备荷负电PVA-SA/PAN纳米纤维基复合滤膜及其纳滤性能研究

以静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纳米纤维作为多孔支撑层,以亲水材料聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)为亲水表层材料,通过静电喷雾技术将亲水表层材料沉积在纳米纤维多孔基膜表面,然后将表层PVA-SA纳米串珠层通过水蒸气加湿辅助热压成膜处理在PAN基膜上软化压延形成完整的致密薄膜,最后经过戊二醛交联制备PVA-SA/PAN纳米纤维基复合滤膜.通过对加湿时间、热压温度、热压时间以及PVA-SA静电喷雾时间等成膜工艺条件和交联条件进行优化制备出结构完整的PVA-SA/PAN纳米纤维基复合滤膜.所制备的复合滤膜荷负电,它对阴离子染料具有较好的过滤效果:在0.6 MPa的操作压力下对100 mg/kg的固绿染料的渗透通量为57.1 L/(m~2h),截留率为96.8%.     

卡波普改性纳米纤维基复合纳滤膜的结构与性能

以仿生胶黏剂卡波普(carbopol,CP)改性的聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)纳米纤维膜为基膜,以哌嗪和均苯三甲酰氯分别为水相单体和有机相单体采用界面聚合法制备得到一种功能阻隔层为聚哌嗪酰胺(polypiperazine-amide,PA)的纳米纤维基复合纳滤膜(PAN/CP/PA).傅里叶红外光谱表明CP凝胶中的羧基(—COOH)与PAN纳米纤维层中的氰基(—CN)形成氢键,同时与水相单体哌嗪上的仲胺基形成羧酸铵盐离子键(—COO-H2N+),使得复合纳滤膜各层之间相互作用增强.分别以卡波普改性前后的PAN纳米纤维膜为基膜,采用相同界面聚合工艺制备PAN/PA和PAN/CP/PA复合滤膜,其力学性能测试表明,CP凝胶的引入将PAN纳米纤维基膜与功能阻隔层之间有效黏合在一起,实现了复合膜结构的一体性,整体的断裂强度由15.1 MPa提高至24.2 MPa.对比2种复合膜的盐水过滤性能,PAN/CP/PA复合膜对二价硫酸盐的截留效果与PAN/PA复合膜保持一致,对硝酸盐类和MgCl2的截留效果明显优于PAN/PA复合膜,其缘由归因于CP凝胶层中含有大量的羧基增强了PAN/CP/PA复合纳滤膜荷负电性.同时,CP凝胶本身的亲水性使得PAN/CP/PA复合膜的平均过滤水通量(20.3 L/m2h)与PAN/PA复合膜的平均过滤水通量(20.9 L/m2h)相比基本保持不变.     

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。     

基于红外光谱聚类分析的纳滤膜污染动态发展行为研究

污水再生利用是解决水资源短缺问题的有效对策。纳滤技术由于能够生产高质量的再生水,成为污水深度处理、再生利用的有效方法之一。然而,在纳滤过程中存在复杂的、动态的膜污染现象,会导致产水通量、产水质量下降等问题。研究膜污染动态发展的行为,对于膜污染的分阶段针对性控制具有重要意义。有机物是污染层动态发展过程的重要指示性成分,红外光谱是表征污染层发展过程中表面有机物官能团变化情况的重要手段。但由于红外光谱中峰的数量多,系列样品之间峰强度的差别较小（尤其是当膜污染过程中的采样间隔较小时）,利用直观观察不易甄别不同样品间的谱图差异及其变化趋势,在此水平上难以对膜污染阶段进行准确识别、对各阶段特征进行有说服力的分类概括。为探索膜污染的动态发展过程,本研究将傅里叶变换红外光谱与统计学聚类分析相结合,对膜污染过程中不同时间点的膜样本进行红外光谱分析,再对红外光谱数据进行一系列预处理和系统聚类分析,从而客观解读膜污染动态发展过程中系列样品红外光谱分阶段变化规律。考虑到类别间距离度量方法、红外吸收峰强度标准化、峰之间自相关性、峰与样本之间交互作用等因素的影响,研究采用对应分析对红外数据进行预处理,提取各样本在主要维度上的得分,随后基于标准化欧式距离对各样本进行聚类。在为期一个月的城市污水深度处理纳滤试验过程中,由于污染物在膜表面累积,纳滤膜发生了较为严重的污染。通过对13个不同时间点的膜样本进行红外光谱聚类发现,膜污染可清晰划分为如下阶段：空白膜、阶段Ⅰ（3 h～8 d）、阶段Ⅱ（10～15 d）和阶段Ⅲ（20～30 d）。采用红外聚类,得到膜表面X射线光电子能谱（XPS）和三磷酸腺苷（ATP）含量分析等方法的交互验证。结果表明,随着膜污染的发展,膜表面有机物成分与共存微生物量发生协同变化,各阶段大致特征为：阶段Ⅰ各类有机污染物初步覆盖,微生物开始富集;阶段Ⅱ多糖类污染物比例上升,微生物的富集趋于稳定;阶段Ⅲ整体污染趋于成熟,有机污染物氢键特征更加明显。该研究通过对红外数据进行聚类分析,能够灵敏地探测各红外图谱之间的差别,有助于对红外光谱规律的深度挖掘,为膜污染阶段的识别和划分提供了一种客观、自动、可量化的辅助性方法,并且有助于归纳出不同阶段的污染层特征,可作为膜污染时序特征的侦查手段。此外,除了膜污染的研究,在材料、吸附等领域,只要有一系列变化的红外光谱,均可尝试采用红外光谱聚类分析方法,获取基于红外特征的定类信息或分阶段规律。     

含非平面结构共价有机骨架分子筛分膜的界面聚合制备 及其分子筛分性能研究

以均三水杨醛和三(4-氨基苯基)胺为反应单体,在对甲苯磺酸的催化下,通过界面聚合法制备了一种含有非平面结构单元的共价有机骨架（COF）分子筛分膜,其分子结构、宏观形态和筛分性能经UV-Vis, IR, XRD和AFM表征。结果表明：COF分子筛分膜孔径约1.4 nm,厚度为65 nm,能够在酸碱条件下以及乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇等极性溶剂中稳定存在;COF膜对乙腈、乙醇、甲醇、正丁醇、水以及N,N-二甲基甲酰胺的通量分别为31.02, 27.14, 22.24, 14.11, 12.01, 8.12 L·m^-2·h^-1·bar^-1; COF分子筛分膜对于大分子体积的甲基蓝截留率达98.1%,对分子体积小于孔径的对硝基苯胺不具有拦截作用,展现了良好的分子筛分属性。     

界面聚合制备新型荷正电纳滤膜

以聚砜超滤膜为基膜,聚乙烯亚胺、均苯三甲酰氯为界面聚合单体,水和正己烷分别为两相溶剂,通过界面聚合方法制备荷正电纳滤膜。实验着重考察了Na2SO4-PEG400-H2O三元混合体系的分离情况,结果表明,该膜可有效地实现低分子量有机物与Na2SO4的分离;另外,随着Na2SO4或PEG400浓度的增大,膜对Na2SO4和PEG400的截留率有所降低。     

中空纤维复合膜

中空纤维复合膜是分离膜的一种,它是由两种(或两种以上)不同的材料采用一定的制备工艺复合而成的,其优点是将中空纤维的结构特点(如自支撑等)和复合膜的分离优势(如高选择性高通量等)有机结合.本文首先介绍了中空纤维复合膜的基膜及复合层所用到的材料(或添加材料),并按照中空纤维复合膜的结构特点对其进行了简单的分类,并重点论述了中空纤维复合膜的制备设备及工艺.最后论述了中空纤维复合膜在渗透汽化、气体分离和纳滤等领域的研究进展和应用情况,指出中空纤维复合膜需要继续深入的研究内容.     

层状MoS2复合膜的制备及其纳滤与光热抗菌性能研究

二维纳米片构建的层状纳滤膜在工业染料和含盐废水的净化处理中显示出广泛的应用前景,但纳米片间松散的层状结构会影响过滤通道的稳定性,导致对盐类的截留效果不理想.本文以均苯三甲酰氯(TMC)交联单宁酸(TA)官能化的二硫化钼(MoS_2)纳米片构建薄层复合纳滤膜,以解决二维材料构建层状纳滤膜的常见问题.所制备的纳滤膜不仅对荷负电染料(伊文思蓝,分子量960.8)有很高的截留率(98.5%),也能很好地选择性分离染料-盐混合溶液(NaCl截留率15%).同时,该膜还能在严苛环境中保持优秀的稳定性.此外,在近红外光照射下,MoS2纳米片显著的光热转换效应赋予薄层复合纳滤膜一定的抗菌能力,使得该膜在实际应用中具有巨大潜力.     

耐氯纳滤/反渗透复合膜的研究进展

聚酰胺纳滤/反渗透复合膜的耐氯性能较差,严重影响膜的使用寿命,增加了膜系统运行成本。就此,很多学者从多方面展开了耐氯复合膜的研究工作。本文对近年来国内外耐氯纳滤/反渗透复合膜的研究进行综述,阐述了聚酰胺的氯化降解机理,归纳介绍了新的膜制备工艺、新型膜材料的研究、传统单体的改性、膜表面的接枝和涂覆等提高纳滤/反渗透复合膜耐氯性的方法。在分析各类方法优劣的基础上,对聚酰胺膜的耐氯改性工作进行介绍和分析,并对聚酰胺反渗透膜复合膜耐氯改性所面临的问题及前景进行了展望。     

高回收率膜法苦咸水淡化工艺的应用研究进展

膜法苦咸水淡化过程中,符合环境保护要求的浓排水处理方法成本高昂,所以只有当回收率达到较高值时,在实际运行中才具有经济可行性。目前,在不加剧膜污染的条件下进一步提高苦咸水淡化系统回收率的方法已成为该领域研究热点。本文详细综述了高回收率膜法苦咸水淡化工艺的应用研究进展,包括基于反渗透、纳滤、正渗透、膜蒸馏、电渗析和电容去离子化淡化工艺过程,以及这些过程面临的热点问题,并对此提出了建议。