聚酰胺/纳米碳材料复合膜的制备及其在渗透汽化脱盐中的应用

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渗透汽化脱盐由可处理盐浓度范围广、能耗低等多种优点而受到学者们的广泛研究。出色的膜材料是实现高渗透汽化性能的关键。至今,已经有多种材料用于渗透汽化脱盐,其中基于碳材料的氧化石墨烯和碳纳米管所制备的复合膜由于具有出色的分离能力、高水通量而备受关注。本文针对纯氧化石墨烯和碳纳米管膜与含有大量水的待分离体系直接接触时,极易发生溶胀现象,从而导致性能降低这一问题,在以氧化石墨烯和多壁碳纳米管为中间层的基础上,通过界面聚合技术引入聚酰胺皮层,制备聚酰胺-氧化石墨烯以及聚酰胺-多壁碳纳米管复合膜。将以上制备的复合膜用于渗透汽化脱盐的相关研究,获得了理想的分离效果。
  采用真空抽滤和界面聚合方式在聚丙烯腈超滤膜上制备了聚酰胺-氧化石墨烯复合膜,通过多种表征手段证明了复合膜具有完整的表面结构且亲水性增强。将制备的复合膜用于渗透汽化脱盐中,探究了氧化石墨烯中间层厚度、进料温度以及进料浓度对分离性能的影响,同时考察了该复合膜的稳定性状况。一系列实验结果表明,氧化石墨烯最佳中间层厚度为100nm,在该厚度下,对于70℃下3.5wt%氯化钠溶液,其渗透通量为26.7kgm–2h–1并保持了99.99%的高离子截留率。当进料为10wt%的高浓度盐溶液时,仍保持高的水通量(24.0kgm–2h–1)和理想的离子截留率(99.99%),证明了该复合膜在处理高浓度盐水方面的潜能。此外,制备的复合膜具有良好的稳定性。
  在聚丙烯腈基底水解改性基础之上,制备了聚酰胺-多壁碳纳米管复合膜,探究了基底改性前后对复合膜性能的影响。此外,考察了该复合膜对于不同进料温度、浓度以及不同体系盐溶液的渗透汽化脱盐性能情况。对于70℃、3.5wt%氯化钠溶液,以改性后基底制备的复合膜其最高渗透水通量可达88.5kgm–2h–1,远高于未改性基底所制备的复合膜(33.1kg m–2h–1),二者截留率均为99.99%。该复合膜在处理10wt%高浓度盐水进料时同样具有优异的渗透通量(40.8kg m–2 h–1)和出色的离子截留率(99.99%),且能够有效处理酸性盐水,证明了该复合膜在渗透汽化脱盐领域具有广阔的应用前景。
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