【摘 要】
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随着工业的发展和环保要求的提高,工业废水的处理难度进一步加大,其中单多价阳离子的分离成为一个亟待解决的问题。膜分离技术作为当前发展最快、最引人注目的分离技术之一,可在分子和离子水平上实现精细化高效分离。目前商业化的单价阳离子选择性分离膜存在成本昂贵、选择性低等缺点,研发高选择性和成本低廉的单价阳离子分离膜成为必要。离子印迹技术可以在印迹聚合物内构筑只与目标离子兼容的空腔,根据离子性质和半径的不同达
【基金项目】
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河北省高等学校科学研究项目(ZD2021033);
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随着工业的发展和环保要求的提高,工业废水的处理难度进一步加大,其中单多价阳离子的分离成为一个亟待解决的问题。膜分离技术作为当前发展最快、最引人注目的分离技术之一,可在分子和离子水平上实现精细化高效分离。目前商业化的单价阳离子选择性分离膜存在成本昂贵、选择性低等缺点,研发高选择性和成本低廉的单价阳离子分离膜成为必要。离子印迹技术可以在印迹聚合物内构筑只与目标离子兼容的空腔,根据离子性质和半径的不同达到精确分离和检测离子的目的。本文将离子印迹技术与膜分离技术相结合,通过层层组装的方法以制备成本低廉、高通量、高选择性以及性能稳定的单价阳离子选择性复合膜。以聚乙烯亚胺(PEI)和金属离子的配位混合溶液作为聚阳离子电解质,聚丙烯酸(PAA)为聚阴离子电解质,在水解后的聚丙烯腈(PAN)超滤膜上进行层层自组装,制备了离子印迹复合多孔膜(IPM)。通过测试IPM在压力场下的纯水通量和Na+/Mg2+分离性能,筛选适于分离体系的金属印迹离子并得到了IPM的最佳制备条件。结果表明,采用Ni2+为模板离子,Ni:N摩尔比为1:16,EDTA为洗脱剂,交联剂戊二醛(GA)浓度为2 wt%,Na BH3CN为还原剂,吸附沉积2.5层时所制备的IPM的选择性最好可达到4.15,并具有良好的酸碱稳定性。对比了IPM和非离子印迹复合多孔膜(NIPM)的表面性能,IPM拥有更高的表面水接触角和Zeta电位,有利于单价阳离子的分离。测试了不同改性层数的IPM在电场驱动下的电渗析应用性能。结果表明,随着改性层数的增加膜面电阻增加,极限电流密度降低;随着Na+/Mg2+混合溶液浓度的增加,IPM的选择透过性逐渐降低;改性层数为2.5层时IPM的选择透过性可达3.75。采用阳离子交换膜为基膜,首先在基膜表面构建了一层稳定的PDA/PEI共沉积中间改性层用于提高改性层在阳离子交换膜上的稳定性。当DA浓度为1.5 g/L时,PDA/PEI改性膜的选择透过性最好。在此中间层基础上,采用层层自组装的方法制备了离子印迹复合阳离子交换膜(ICEM)。探究了组装层数对ICEM的影响。结果表明,随着组装层数的增加,膜面电阻增加,选择透过性先增加后减少。ICEM比相同条件下制备的非离子印迹复合阳离子交换膜(NICEM)具有更高选择透过性和更低的膜面电阻。当组装层数为1.5层时,ICEM的单价阳离子选择透过性可达4.31。
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