自支撑海藻酸钙水凝胶抗污染过滤膜的制备及截留性能

以聚乙二醇(PEG)为致孔剂制备了自支撑海藻酸钙(CA)水凝胶过滤膜.通过数码照片及扫描电镜观察膜的表面形貌,探讨了膜的力学性能的压缩率、通量与压力的关系.研究了海藻酸钠浓度、致孔剂浓度对纯水通量和溶菌酶(Lyz)截留性能的影响.结果表明,海藻酸钠浓度越低,PEG浓度越高,膜的通量越大,压缩率也越大.膜通量随着跨膜压力的增加呈现先上升后稳定的趋势.Lyz和牛血清蛋白(BSA)溶液的稳定通量分别为纯水通量的89.97%和94.6%,表明海藻酸钙水凝胶过滤膜具有良好的抗蛋白质污染性能.膜对乳化油的过滤通量为纯水通量的93.04%,且截留率高达99.85%.对于不同分子量PEG的截留结果表明,当PEG分子量大于致孔剂的分子量时,截留率达到90%以上.以低分子量PEG400为致孔剂制备的水凝胶过滤膜对染料亮蓝的截留率达到99.75%,表明该水凝胶膜具有作为纳滤膜的前景.     

高通量聚苯并咪唑纳滤膜的结构调控及性能

聚苯并咪唑(PBI)是一种类杂环聚合物,具有独特的耐高温性、化学稳定性和机械稳定性,因而被广泛用作膜材料.PBI膜具有很高的选择性,在耐溶剂纳滤领域具有较好的应用前景.本文在PBI铸膜液中引入亲水性添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30),通过调节PVP的含量来改变成膜过程中的动力学过程,继而对PBI膜的结构进行进一步调控,从而改善其渗透通量.研究表明,随着制膜液中PVP含量的增加,通量不断升高,对染料的截留保持稳定.当PVP质量分数为15%时,PBI膜对亚甲基蓝的截留率达到99.18%,表现出优异的分离性能.     

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.     

相转化纳滤膜的膜材料结构设计及调控策略

非溶剂致相分离技术由于其制膜工艺简便且对膜结构调控手段多样化,在制备高通量、具有选择性筛分特性的纳滤膜上具有显著优势。然而如何进一步提升相转化纳滤膜的分离精度及渗透系数,仍受国内外学者广泛关注。本文首先系统阐述了相转化过程中,铸膜液热力学性质及成膜动力学对膜结构及性能的影响机理。其次总结了传统膜材料,如聚砜、聚醚砜等材料在纳滤膜制备中的研究进展。然后重点分析了两亲性嵌段共聚物材料的特点及在相转化纳滤膜制备中的突出优势。最后,本文展望未来制备高性能相转化纳滤膜的发展方向。     

高性能MWCNTs-OH修饰聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的制备

以羟基多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)作为添加剂,采用非溶剂致相转化法制备MWCNTs-OH修饰聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜.先将MWCNTs-OH加入溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中超声处理以加强其分散性,力求制得均一铸膜液.通过水通量、截留率、红外光谱,XRD及力学性能测试表征膜性能,并用SEM观察其形貌.重点考察MWCNTs-OH对中空纤维膜通量、截留和力学性能的影响.结果表明,当MWCNTs-OH质量分数从0增加到0.09 wt%时,修饰膜的水通量由376.40 L/m2h增加到510.90 L/m2h,而对BSA截留率保持稳定(95%以上);膜的拉伸强度由1.68 MPa提高到2.42 MPa,断裂伸长率由44.18%提高到76.93%.SEM和TEM研究表明,MWCNTs-OH添加量较少时,在膜中可均匀分散,添加量大时则容易团聚.XRD和IR图谱分析表明MWCNTs-OH参与聚合物结晶过程而未改变聚合物晶型.     

成膜条件对聚醚砜超滤膜性能和结构的影响

以聚醚砜(PES)为膜材,聚乙二醇600(PEG600)为添加剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,纯水为凝固浴,用相转化法制备聚醚砜超滤膜.详细探讨了PES浓度、添加剂含量、凝固浴温度对膜性能和结构的影响规律,确定了制备高水通量、高截留率聚醚砜超滤膜的最佳工艺条件.     

UV辐照接枝聚合制备亲水性纳滤膜

用紫外光引发自由基共聚接枝的方法对酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)超滤膜表面进行改性制备了亲水性荷电纳滤膜. 研究了用不同单体接枝改性膜对盐溶液的截留性能, 证明了Donnan电荷效应对纳滤膜分离性能的影响. 在此基础上, 通过丙烯酸(AA)与对苯乙烯磺酸钠(SSS)的共聚接枝, 并改变它们在接枝液中的相对含量, 成功地制备出膜的表观截留率和渗透通量都较高的纳滤膜.     

低截留分子量PPES超滤膜的制备

以杂萘联苯聚醚砜(PPES)为膜材料、N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂、有机小分子丙醇(PrOH)和无机小分子氯化锂(LiCl)作为混合添加剂,采用相转化法制备超滤膜.研究了聚合物浓度、混合添加剂配比、凝胶浴温度等对膜结构和性能的影响.结果表明:随聚合物浓度的增大,膜的纯水通量下降,截留率升高;混合添加剂,在PrOH含量为12%、LiCl含量为1.5%时,可制得纯水通量为252 L/(m2·h),对聚乙二醇1000(PEGl000)截留率为96%的超滤膜;随凝胶浴温度的升高,膜的纯水通量增加.     

图灵结构聚酰胺分离膜突破纳滤膜的透水极限

图灵结构(turing structures)是指自然界生物和生命现象中呈现的丰富多彩、令人叹为观止的美妙图案,其形成机理是图灵的反应-扩散理论.这种结构有什么用?与高分子科学有什么关联?最近浙江大学张林团队在Science上发表了制备图灵结构聚酰胺分离膜的最新研究成果,他们采用添加亲水性大分子聚乙烯醇调控界面聚合过程中水相单体哌嗪的扩散系数,增大了与油相中均苯三甲酰氯单体的扩散系数之差,巧妙满足了图灵的反应-扩散理论的基本要素,制备出纳米尺度的泡囊、管状等三维图灵结构,其水传递速度是商业膜的3~4倍,突破了现有纳滤膜的透水极限(upper-bound线),并采用金纳米颗粒作为标记物,可视化地验证了图灵结构对膜分离性能的贡献.该工作不仅制备出一种具有优异脱盐性能的高分子薄膜,更重要的是将图灵结构从理论研究层面推进到了应用实践,为更多本质上属于"反应-扩散体系"的高分子材料制备增加了一个新的研究维度.     

基于多巴胺自聚合与表面接枝PHGH制备抗菌纳滤膜

在水溶液中将聚六亚甲基单胍盐酸盐(PHGH)共价接枝在经多巴胺自聚合改性的聚砜膜表面, 制备具有抗菌性能的纳滤膜. 采用全反射红外光谱(ATR-FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和接触角测试考察膜表面的结构、 形貌和亲水性变化. 探讨PHGH含量对膜的接枝度及分离性能的影响, 并对膜的抗菌性能进行了评价. 结果表明, 经过多巴胺的自聚合和表面接枝PHGH后, 聚砜膜表面形成了具有纳滤分离性能的活性层, 并且膜表面亲水性得到改善. 随着PHGH含量的增大, 膜的纯水通量降低, 而对无机盐和染料的截留性能提高. 接枝后的复合膜具有较高的抗菌性能, 当PHGH含量为3%(质量分数)时, 抗菌率可达98.5%.     

UV辐照接枝制备酚酞基聚芳醚酮纳滤膜——链转移剂的作用

酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)超滤膜的表面通过紫外辐照接枝丙烯酸(AA)可以制备对II价盐有很好截留率的亲水性纳滤膜. FTIR-ATR、表面接触角、SEM和AFM的研究结果表明, 在接枝单体溶液中加入异丙醇(i-PrOH)作为链转移剂并不影响AA在PEK-C超滤膜表面的接枝反应. 得到的改性膜同样具有优良的纳滤性能. 与不加i-PrOH的AA改性膜相比, 新合成的膜有较高的滤出液通量, 该膜对盐离子的截留率虽有所降低, 但可以通过增加接枝反应时间和辐照光源的强度来提高. i-PrOH的浓度对膜的分离性能的影响很大, 在低浓度时, 改性膜对离子的截留率会有所下降, 继续提高i-PrOH的浓度, 膜的截留率不再变化而滤出液通量会有成倍的增加, 表明链转移剂的存在可能会提高膜的接枝密度, 增加膜的表面电荷, 使膜对离子的截留率保持不变.     

PES中空纤维复合纳滤膜的制备

采用界面聚合法制备聚醚砜（PES）中空纤维复合纳滤（NF）膜,讨论了制备条件对PES中空纤维复合NF膜性能的影响。实验结果表明,聚合反应时间、均苯三甲酰氯浓度、哌嗪浓度和酸吸收剂三乙胺浓度对复合NF膜性能有显著影响,同时二次反应能够提高复合NF膜的截留率,对2g／L的Na2SO4截留率可达到99．2％。     

抗油污染α-纤维素中空纤维超滤膜油-水分离性能的研究

以α-纤维素为原料,一水合N-甲基吗琳-N-氧化物(NMMO.H2O)为溶剂,聚乙二醇(PEG400)为添加剂,去离子水为内外凝胶浴,采用浸入相转化法制备用于油水分离的中空纤维非对称超滤膜,并采用纯水通量表征了膜的性能.用纤维素中空纤维超滤膜进行油水分离实验,油水乳液的截留率可达到99%以上,渗透液含油量小于10 mg/L,达到国家环境保护排放要求.考察了物理清洗、物理清洗加0.1 mol/L HCL清洗、物理清洗加0.1 mol/L NaOH清洗3种清洗方法对油水污染后膜的清洗效果.其中,物理清洗加0.1 mol/LNaOH清洗的清洗方法的通量恢复率达到99%.与其它种类的膜相比,α-纤维素中空纤维膜的油水通量衰减率仅为9.5%,表现出优异的抗油污染性能.     

高稳定性金属有机配位聚合物膜的制备及二甲苯分离性能

以常见的多孔二氧化硅为载体, 采用晶种-二次生长法在溶剂热条件下制备了高稳定性的金属有机配位聚合物膜材料. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜、 单组分气体透过率和二甲苯同分异构体分离等测试手段对材料的结构、 形貌和性质等进行了表征. 二甲苯同分异构体的渗透汽化分离结果表明, 这种多孔膜材料对二甲苯混合物具有选择性吸附分离的性质. 进一步通过热处理、 超声处理和性能的重复表征, 证明了该膜材料具有优良的热稳定性和机械稳定性, 适于实际应用.     

内凝固浴组成对聚醚酰亚胺中空纤维膜结构和性能的影响

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,水为外凝固浴,乙醇为内凝固浴,DMAc为内凝固浴添加剂,采用相转化法制备了聚醚酰亚胺(PEI)中空纤维膜,研究了内凝固浴组成和纺丝液浓度对膜结构和性能的影响。实验结果表明,随着内凝固浴中DMAc含量在一定范围内增加,纤维断面指状孔有所减少,内表面由无孔到有微孔出现,但膜的水通量下降,截留率不受影响;随着纺丝液浓度提高,膜的水通量下降,截留率提高。     

改性氧化石墨烯膜的制备及其性能研究

为了改善氧化石墨烯(GO)膜的低渗透性和不稳定性,本文采用过氧化氢对GO进行改性后抽滤成膜,并在不同温度下对膜进行热还原。采用超高性能全自动气体吸附仪、透射电镜、扫描电镜、拉曼光谱仪、接触角、X射线衍射等对材料进行结构和形貌表征。分析不同HGO(H_2O_2改性GO)负载量和不同温度热还原对膜水通量和截留率的影响。在优化条件(1mg HGO负载量、120℃还原温度)下制备的膜的水通量(397.8L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1))和截留率(90%)达到最佳;并且,热还原之后的HGO膜比GO膜和HGO膜有更好的稳定性。     

纳米储能纤维复合过滤膜的制备及性能

以静电纺丝技术制备的同轴聚甲基丙烯酸十八烷基酯(PSMA)/聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纳米储能纤维为支撑层,经聚偏氟乙烯(PVDF)涂覆成膜和溶剂化处理,制备了一种低压高水通量的纳米储能纤维复合过滤膜(NFCM),其中以水或乙醇为凝固溶液的复合过滤膜分别记为NFCM@H2O或NFCM@EtOH.分析并讨论了不同溶剂处理方式对NFCM力学性能和表面形貌的影响,表征了膜的纯水通量和抗污性能,用扫描电子显微镜(SEM)观察了膜的横断面形貌.结果表明,PSMA/PET纳米储能纤维具有明显的吸放热行为,熔融温度和热焓值分别为36.5℃和10.7J/g,NFCM的熔融温度和热焓值分别为36℃和2.7J/g.NFCM的形貌结构、纯水通量和截留率与溶剂处理方式相关,NFCM@EtOH膜的水通量介于100~1400L/(m2·h)之间,而NFCM@H2O膜的水通量仅在40~220L/(m2·h)之间.NFCM的拉伸强度由初始0.925MPa(PVDF)提高到4.28MPa以上.NFCM中的相变材料对膜过滤性能有重要影响,并在过滤温度低于50℃时具有减缓作用.     

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.     

超支化聚酯低压纳滤膜的制备与表征

通过超支化聚酯(HPE)末端的羟基与戊二醛(GA)之间的羟醛缩合反应,采用简单的浸涂-交联方法,制备了一种以聚砜超滤膜为支撑层,交联的HPE为活性分离层的复合纳滤膜.采用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)、接触角测定、扫描电子显微镜(SEM)对纳滤膜的表面化学组成、亲水性和膜形貌进行了表征.考察了HPE溶液浓度、GA溶液浓度对膜分离和渗透性能的影响,优化的HPE和GA溶液浓度分别为9.8 g/L和7.4 g/L,此时在0.4 MPa下膜的水通量达69.6 L/(m2.h),对Na2SO4脱除率为93.2%,表现出低操作压力、高通量、高脱盐率的优异性能.纳滤膜对无机盐的截留顺序为Na2SO4>NaCl>MgSO4>MgCl2,呈现明显的荷负电特征.     

超亲水聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备及性能

采用超声辅助接枝聚合技术, 将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面, 制备PVDF-g-GMA膜; 再利用氨基诱导环氧基团发生开环反应, 将苏氨酸(Thr)接枝到PVDF-g-GMA膜表面, 制备了具有两性离子结构表面的PVDF-g-GMA-Thr膜. 通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 接触角测试仪、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)和牛血清白蛋白(BSA)过滤实验等系统研究了改性前后PVDF膜表面的化学组成、 润湿性能、 表面形貌和抗污染性能. 研究结果表明, 随着PVDF-g-GMA接枝Thr反应时间的增加, PVDF-g-GMA-Thr膜的亲水性能明显提高, 接触角从90°降为0°, 呈现出超亲水性能. 同时PVDF-g-GMA-Thr膜的水通量明显提高, 当Thr诱导开环反应时间为12 h时, PVDF-g-GMA-Thr膜的水通量高达686 L/(m ²·h), 与PVDF原膜相比, 水通量提高了204.5%. 在BSA的过滤测试中, 与PVDF膜相比, PVDF-g-GMA-Thr膜呈现出良好的截留性能和抗污染性能, BSA截留率从42%提高到84%,水通量恢复率从53%提高到87%, 不可逆污染率从47%降到12%, 表明通过接枝Thr构筑两性离子结构表面可以有效减小膜污染.