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膜分离技术被誉为21世纪最具发展前景的技术之一,由于其过程简单易控、能耗低、分离效率高等优点,被广泛应用于水处理、食品、医药、生物能源等多个领域中。膜污染问题是不可避免地问题,它限制了膜分离技术的更广泛的应用。对膜进行表面改性可以从本质上改变膜本身的性质,合理的改性可以改善膜的抗污染性能,同时能赋予膜更多的性能,从而拓宽膜的应用领域。
在先前的研究中,已经证实镀镍改性膜具有良好的亲水性和出色的导电性,在电辅助下对带负电染料具有超高的截留率,以及具有良好的自清洁能力。传统的化学镀镍方法预处理过程复杂、成本高,限制了其大规模应用。本文针对镀镍膜存在的问题,引入聚吡咯涂层为辅助层固定Ag+催化剂,以金属化学镀镍为基础,采用两种不同改性方法,对两种不同商业膜进行表面改性,分别研究了改性膜的油水分离性能和电场辅助下改性膜的抗污染性能。主要研究结果如下:
(1)通过气相聚合Py,在聚酯滤布上均匀包裹了一层PPy,PPy富含胺基,可吸附Ag+催化剂以进行最后的化学镀镍。通过一系列表征证实了NiNPs在聚酯纤维周围均匀沉积。TG结果表明,PPy膜的PPy的负载量和PPy-Ni膜上Ni的负载量分别为2.0%wt.%和6.6wt.%。与空白膜相比,PPy-Ni膜表现出超亲水性(CA=0°)和水下超亲油性(OCA=146°)。此外,在重力下,PPy-Ni膜保留超高的水通量(14639L·m-2·h-1)。在过滤各种油水混合物时,PPy-Ni膜表现出几乎100%的分离效率。在进行过滤循环测试时,通过简单的水洗过程,就可以把残留在PPy-Ni膜表面的油滴洗去。五个测试循环后,膜的渗透通量没有发生大幅下降,表现出优异的抗污性。这得益于PPy-Ni膜的超亲水性表面周围高度水合层,防止了膜表面与油滴之间的粘附。
(2)将喷墨打印技术和化学镀相结合,以Ag离子和吡咯油墨为催化层,在聚丙烯(PP)膜表面进行化学镀镍处理。通过表征表面形貌和元素组成,验证了改性的成功。与原始的PP膜相比,PPy-Ag/Ni改性膜表现出较低表面电阻(2.3Ω),更好的亲水性(44.9°)和较高纯水通量(1135.1L·m-2·h-1)。当外加电场从0增加到10.0V·cm-1时,用于酵母过滤的PPy-Ag/Ni膜的平均通量从107.8增加到137.7L·m-2·h-1,大约是PP膜的2.0倍。同时,在外加电场作用下,PPy-Ag/Ni膜具有最大的通量恢复率。此研究为复合导电膜的制备提供了一种简便、经济、高效的方法。
在先前的研究中,已经证实镀镍改性膜具有良好的亲水性和出色的导电性,在电辅助下对带负电染料具有超高的截留率,以及具有良好的自清洁能力。传统的化学镀镍方法预处理过程复杂、成本高,限制了其大规模应用。本文针对镀镍膜存在的问题,引入聚吡咯涂层为辅助层固定Ag+催化剂,以金属化学镀镍为基础,采用两种不同改性方法,对两种不同商业膜进行表面改性,分别研究了改性膜的油水分离性能和电场辅助下改性膜的抗污染性能。主要研究结果如下:
(1)通过气相聚合Py,在聚酯滤布上均匀包裹了一层PPy,PPy富含胺基,可吸附Ag+催化剂以进行最后的化学镀镍。通过一系列表征证实了NiNPs在聚酯纤维周围均匀沉积。TG结果表明,PPy膜的PPy的负载量和PPy-Ni膜上Ni的负载量分别为2.0%wt.%和6.6wt.%。与空白膜相比,PPy-Ni膜表现出超亲水性(CA=0°)和水下超亲油性(OCA=146°)。此外,在重力下,PPy-Ni膜保留超高的水通量(14639L·m-2·h-1)。在过滤各种油水混合物时,PPy-Ni膜表现出几乎100%的分离效率。在进行过滤循环测试时,通过简单的水洗过程,就可以把残留在PPy-Ni膜表面的油滴洗去。五个测试循环后,膜的渗透通量没有发生大幅下降,表现出优异的抗污性。这得益于PPy-Ni膜的超亲水性表面周围高度水合层,防止了膜表面与油滴之间的粘附。
(2)将喷墨打印技术和化学镀相结合,以Ag离子和吡咯油墨为催化层,在聚丙烯(PP)膜表面进行化学镀镍处理。通过表征表面形貌和元素组成,验证了改性的成功。与原始的PP膜相比,PPy-Ag/Ni改性膜表现出较低表面电阻(2.3Ω),更好的亲水性(44.9°)和较高纯水通量(1135.1L·m-2·h-1)。当外加电场从0增加到10.0V·cm-1时,用于酵母过滤的PPy-Ag/Ni膜的平均通量从107.8增加到137.7L·m-2·h-1,大约是PP膜的2.0倍。同时,在外加电场作用下,PPy-Ag/Ni膜具有最大的通量恢复率。此研究为复合导电膜的制备提供了一种简便、经济、高效的方法。