【摘 要】
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膜分离技术在海水淡化、废水处理等领域得到了广泛的应用。膜污染是膜分离应用过程中常见的现象,会导致通量下降,膜结构破坏甚至失效,已经成为制约膜分离技术应用与发展的关键问题。因此,应对膜污染,制备出具有优异过滤分离性能、抗污性能以及稳定性的纳滤膜一直是纳滤膜研究的主要方向。本研究以设计高通量、高截留率、抗污性能优异以及符合不同分离标准的纳滤膜为目标,选择了具有斜纹结构的尼龙微滤膜作为纳滤膜支撑层,采用
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膜分离技术在海水淡化、废水处理等领域得到了广泛的应用。膜污染是膜分离应用过程中常见的现象,会导致通量下降,膜结构破坏甚至失效,已经成为制约膜分离技术应用与发展的关键问题。因此,应对膜污染,制备出具有优异过滤分离性能、抗污性能以及稳定性的纳滤膜一直是纳滤膜研究的主要方向。本研究以设计高通量、高截留率、抗污性能优异以及符合不同分离标准的纳滤膜为目标,选择了具有斜纹结构的尼龙微滤膜作为纳滤膜支撑层,采用界面聚合法,制备了PIP/TMC-nylon荷负电聚酰胺纳滤膜和PEI/TMC-nylon荷正电聚酰胺纳滤膜,并对膜的过滤分离性能、抗污性能以及稳定性等进行了综合评估。得到的研究结果如下所述:(1)选择400目尼龙网作为基材,制备了纳米纤维克重为6 g/m2的NFM-nylon微孔支撑膜。结果表明,NFM-nylon和NFM-PET的平均孔径分别为162.6 nm和192.1nm,染料截留率分别为99.84%和97.04%。抗污染实验结果显示,NFM-nylon和NFM-PET的通量回复率分别为74.99%和0.38%。与NFM-PET对比,具有斜纹结构的NFM-nylon不仅具有更高的通量和染料截留率,而且具有优异的抗污性能。主要原因在于NFM-nylon具有凹凸起伏的斜纹结构,该结构一方面能增加有效过滤面积,从而增大了水通量;另一方面,斜纹起伏结构能够产生湍流,易于减少污染物在膜表面的附着,从而提高了表面的抗污性。同时,NFM-nylon的平均孔径相较NFM-PET更小,因此对染料的截留性能更好。(2)以NFM-nylon作为支撑层,PIP和TMC为反应单体,采用界面聚合法制备了具有斜纹结构的PIP/TMC-nylon荷负电聚酰胺纳滤膜。结果表明,PIP/TMC-nylon的纯水通量为438.75 L/(m2 h MPa),对Na2SO4溶液的渗透通量为317.29 L/(m2 h MPa),截留率为97.47%;PIP/TMC-PET的纯水通量为332.5 L/(m2 h MPa),对Na2SO4溶液的渗透通量为212.92 L/(m2 h MPa),截留率为95.49%。抗污实验显示,PIP/TMC-nylon和PIP/TMC-PET的通量回复率分别为88.42%和43.33%。与PIP/TMC-PET对比,PIP/TMC-nylon不仅具有更高的渗透通量和截留率,而且具有更强的抗污能力。主要原因在于PIP/TMC-nylon具有斜纹结构,能够增加膜表面粗糙度,增大选择层渗透面积,提升纳滤膜渗透性;另一方面,斜纹起伏结构易于产生湍流,减少阻力,可更好的抑制膜污染,从而提高纳滤膜的抗污性。同时,PIP/TMC-nylon的基膜亲水性更好,PIP更易传输,促进了界面聚合反应的进行,使PA层更加致密,从而提高了PIP/TMC-nylon的截留率。(3)以NFM-nylon作为支撑层,PEI和TMC为反应单体,采用界面聚合法制备了具有斜纹结构的PEI/TMC-nylon荷正电聚酰胺纳滤膜。结果表明,PEI/TMC-nylon的纯水通量为250.63 L/(m2 h MPa),对Mg Cl2溶液的截留通量为187.08 L/(m2 h MPa),截留率为93.56%;PEI/TMC-PET的纯水通量为176.04 L/(m2h MPa),对Mg Cl2溶液的截留通量为144.79 L/(m2 h MPa),截留率为87.2%。抗污实验显示,PEI/TMC-nylon和PEI/TMC-PET通量回复率分别为73.24%和39.34%。与PEI/TMC-PET对比,PEI/TMC-nylon不仅具有高渗透率和高截留率,而且具有很强的抗污能力。主要原因在于PEI/TMC-nylon具有凹凸起伏的斜纹结构,增大了选择层渗透面积,提升了纳滤膜渗透性;另一方面,斜纹起伏结构能够产生湍流,易于减少污染物在膜表面的附着,优化了纳滤膜的抗污性能。同时,PEI/TMC-nylon的基膜亲水性更好,PEI更易传输,促进了界面聚合反应的进行,使PA层更加致密,从而提高了PEI/TMC-nylon的截留率。
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