高性能分离膜的层层自组装改性及制备研究

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层层自组装(layer-by-layer self-assembly,LbL)技术,具有操作简单、对操作环境无特殊要求、成膜物质丰富等优点,是高性能分离膜改性和制备的常用技术。本文针对聚砜膜表面抗污染性能弱、传统薄层复合膜制备过程复杂等问题,选用廉价的木质素磺酸钠(LS)和聚乙烯亚胺(PEI)为亲水改性材料,通过层层自组装技术对聚砜膜进行改性以提升它的亲水性和抗污染性,进一步结合戊二醛交联法制备了LbL薄层复合纳滤膜,用于重金属离子脱除,重点研究不同制备条件与膜性能之间的影响规律。具体工作如下:(1)木质素是第二丰富和低成本的天然聚合物,但其高附加值利用仍缺乏有效和经济的途径。本工作介绍了利用LS与PEI层层自组装制备防污膜表面的方法。通过红外光谱、XPS、Zeta电位、原子力显微镜和扫描电镜等测试手段,成功地在聚砜膜上沉积了PEI/LS双层。同时,详细研究了双层数对膜表面组成、形貌、亲水性和防污性能的影响。结果表明,随着双层数增加到5,PSf膜表面光滑且粗糙度小,水接触角降低到44.1°,表明亲水性提高。5层PEI/LS双层改性聚砜膜对蛋白质吸附的排斥性好,具有良好的防污性能。这项工作为构建防污膜表面提供了一种绿色、便捷、低成本的策略。(2)通过PEI和LS的层层自组装和交联,制备了一种新型纳滤膜。通过红外光谱、XPS、扫描电镜、原子力显微镜和水接触角测试,详细研究了PEI/LS双层的表面组成、形貌和性能。充满氨基和羟基的PEI/LS双层粗糙度增大、亲水性提高。此外,PEI/LS组装膜的纳滤性能可以通过双层数、聚电解质浓度和盐含量来调节。随着双层数、PEI浓度或Na Cl含量的增加,水通量降低,而截盐率大大提高。超过95%的Mg SO4和Mg Cl2以及80%的Na Cl可以被由6个PEI/LS双层、1 wt%的PEI、0.5 wt%的LS和1mol/L Na Cl制备的纳滤膜所截留。此外,该纳滤膜对重金属离子有95%以上的截留率(Cd2+、Zn2+、Mn2+、Cr2+、Cu2+和Ni2+)。本工作提出了一种有前途的纳滤膜,它采用PEI/LS作为低成本的聚电解质和简易的组装方法,在水处理中应受到重视。
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