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.     

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。     

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.     

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。     

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.     

单体结构对聚酰胺类复合膜分离性能的影响

采用间苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯、均苯四甲酰氯分别与间苯二胺、乙二胺、哌嗪在耐高温杂萘联苯聚醚砜酮(PPESK)超滤膜表面进行界面聚合,制备了7种具有不同功能层结构的新型超薄复合膜.采用红外、X射线衍射、原子力显微镜等测试手段对复合膜结构进行表征,测试了7种复合膜对0·2%的Na2SO4水溶液,0·2%NaCl水溶液的分离性能,分析了单体结构与复合膜分离性能的关系.     

聚酰胺表面结构及其对复合膜分离性能的影响

以杂萘联苯聚芳醚超滤膜为支撑层,通过间苯二胺(MPD)、哌嗪(PIP)与均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合制备复合膜.用红外光谱和X射线衍射分别分析了超薄功能层的化学结构与聚集态,用原子力显微镜观察了膜表面形貌,并用统计学方法计算了膜表面的平均粗糙度等特性参数,研究了MPD/PIP比例对膜表层化学结构、形貌和分离性能的影响.结果表明,随着二胺单体MPD/PIP比例从0/100提高到100/0,功能层聚酰胺的聚集态具有从无定形向部分结晶转变的趋势,复合膜表面平均粗糙度由17.8nm提高到71.9nm,膜对NaCl的截留率由26%提高到99%,而通量则由130L.m-2.h-1降低到12L.m-2.h-1.复合膜具有良好的稳定性,温度由25℃提高到80℃,通量提高了2倍左右,而对NaCl的截留率基本不变.     

PVDF中空纤维复合纳滤膜的ζ电位及其分离性能

选用自制中空纤维聚哌嗪酰胺复合纳滤膜对NaCl、Na2SO4、MgCl2及MgSO4溶液进行实验,考察了操作压力、pH、溶液浓度、溶液种类等因素对纳滤膜ζ电位及其分离性能的影响。结果表明:通量随压力增大成线性增大,截留率随压力增大而增大,最后趋于一个稳定值;pH可改变ζ电位的正负,截留率、通量随着pH的变化,均会出现最优值;随着溶液浓度增加,膜的ζ电位绝对值、截留率、通量均会有不同程度的下降。     

高分子纳滤膜的研究及进展

对高分子纳滤膜的发展背景以及国内外在这一领域的研究的研究进展作了详细的介绍。     

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.     

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。     

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.     

聚酰亚胺气体分离膜材料的结构与性能

结合作者的研究工作对聚酰亚胺分子结构与气体分离性能之间的关系作了较详实的讨论，指出了进一步的研究方向和应用前景。     

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％。     

高分子合金分离膜材料及结构研究进展

膜材料液相共混制备高分子合金分离膜不但可以调节膜材料与被分离物的亲和性，也在一定程度上改变了膜的结构。本文介绍高分子材料浓相共混对膜材料的亲水性、耐污染性及其它理化性能的影响和对膜结构的调节作用，同时指出高分子材料间的相容性是影响合金膜结构的重要因素。     

壳聚糖-聚丙烯腈复合纳滤膜的氨气等离子改性

利用氨气低温等离子体对壳聚糖聚丙烯腈复合膜进行表面改性,制成了在低压、弱酸条件下,带正电荷的壳聚糖一聚丙烯腈复合纳滤膜。探讨了等离子处理时间、放电功率对膜亲水性改善效果的影响,采用单因素实验确定了最佳等离子体处理条件。通过扫描探针显微镜、接触角测试、表面光电子能谱检测等手段对膜表面进行了表征。经过等离体改性后,复合膜的亲水性及纳滤性能均大幅提高。改性后,在0．05MPa、pH≈6．7条件下,壳聚糖一聚丙烯腈复合膜对0．1mol／L的）,一氨基丁酸溶液的通量为3．19L／（m^2·h）,截留率为78％。     

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.     

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.     

聚二苯基乙炔耐溶剂纳滤膜的制备与性能

聚二苯基乙炔(PDPA)不溶于有机溶剂,是理想的新型耐溶剂纳滤膜材料。采用溶液浇铸法制备聚[1-(4-三甲基硅基)苯基-2-苯乙炔](PTMSDPA)均质膜,经脱硅反应得到PDPA膜,研究其乙醇渗透性能和染料截留性能。结果表明,乙醇渗透通量与压力呈正相关性,传质机理可能介于孔流机理和溶解扩散机理之间的过渡区。染料的分子尺寸、电荷性质以及染料和膜之间的相互作用共同影响PDPA膜的截留性能。     

高分子膜错流纳滤的多场耦合有限元分析

纳滤膜的应用日益广泛, 但其传质机理和优化设计的研究还有待深入. 本文首先描述了表征高分子膜纳滤的道南-位阻孔模型(Donnan Steric Pore Model, DSPM), 进而描述了在DSPM模型基础上发展起来的表征错流纳滤的孔-极化输运模型(Pores and Polarization Transport Model, PPTM). 针对在PPTM模型中用经验模型描述膜上方溶液速度场的不足, 用Navier-Stokes方程和连续性方程来描述溶液在膜上方自由空间内的流动, 并用有限元方法模拟膜上方的溶液错流速度场, 从而实现了膜内传质的DSPM模型、膜上方离子浓度场、膜上方自由空间流场的多场耦合有限元分析. 通过与实验结果以及传统PPTM结果的对比可以发现, 该修正方法能反映膜上方自由空间中的溶液速度场和离子浓度场的变化趋势并且在数值上也更为逼近实验值. 改进后的模型将为高分子膜错流纳滤过程的优化设计提供更可靠的理论依据.