基于多孔功能材料的高性能纳滤膜的制备与应用

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongjiansu1
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作为一种新兴膜技术,纳滤(NF)具有绿色、高效、低能耗等优势,迅速成为一种颇具前景的废水处理技术。然而,当前市售聚合物纳滤膜渗透通量较低,这意味着需要更大的膜面积以及更高的成本投入。因此,亟需制备一种具有高通量、高截留率的纳滤膜。本论文首先由多孔功能材料MCM-41出发,经3-氨丙级三乙氧基硅烷(APTES)修饰制得NH2-MCM-41,并将其填充至聚酰亚胺(PI)中制备NH2-MCM-41/PI混合基质膜。结果表明,NH2-MCM-41与PI发生化学交联,提高了多孔材料与聚合物两相间的相容性;同时,MCM-41的介孔性质为溶剂扩散提供了额外传输通道,大幅降低了溶剂跨膜传输阻力;此外,改性后的MCM-41含有亲水基团-NH2,亦促进了极性分子(水和醇类)的传输。填充量对该混合基质膜性能具有重要影响,当填充量为5wt%时,其分离效果达到最佳;与纯PI膜相比,水通量、乙醇通量和异丙醇通量分别提高102%、78%和131%,且截留率与纯膜基本一致。在连续运行50h过程中,NH2-MCM-41/PI混合基质膜分离性能稳定,具有较为优异的长期运行稳定性。其次,采用原位溶剂热合成法,在表面修饰后的陶瓷管基底上制备了COF-300管式纳滤膜。结果表明,陶瓷管基底上预先修饰的醛基可与4-氨基苯基甲烷(TAPM)形成配位键,增强基底与膜之间的粘附力,并促进COF-300在基底上的成核和生长。使用五种不同染料水溶液,研究了 COF-300管式膜的纳滤性能,水通量最高为83.66 L m-2 h-1 bar-1,最低为51.26 L m-2 h-1 bar-1,远大于当前常见的聚合物纳滤膜(10-20 L m-2 h-1 bar-1);该纳滤膜可有效截留玫瑰红、甲基蓝、刚果红和铬黑T四种染料。在50 mg L-1铬黑T水溶液中进行长期稳定性测试(90 h),COF-300管式膜通量始终稳定在80 L m-2 h-1 bar-1左右且截留率大于98%,表现出优异的稳定性和分离性能。
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