【摘 要】
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纳滤作为一种重要的膜分离技术,广泛应用于水处理、环保、能源、化工、食品加工和生物制药等众多领域。然而,实际应用过程中的膜污染问题极大地限制了纳滤膜的应用和发展。对膜材料进行亲水化修饰能够改善膜的亲水性能,进而提升纳滤膜在分离过程中的抗污染性能。表面接枝、纳米粒子复合、聚电解质组装是改善纳滤膜亲水性的常用方法。静电自组装技术具有制备过程简单、成膜物质丰富、膜厚度可控等诸多优点。本文从提升纳滤膜的抗污
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纳滤作为一种重要的膜分离技术,广泛应用于水处理、环保、能源、化工、食品加工和生物制药等众多领域。然而,实际应用过程中的膜污染问题极大地限制了纳滤膜的应用和发展。对膜材料进行亲水化修饰能够改善膜的亲水性能,进而提升纳滤膜在分离过程中的抗污染性能。表面接枝、纳米粒子复合、聚电解质组装是改善纳滤膜亲水性的常用方法。静电自组装技术具有制备过程简单、成膜物质丰富、膜厚度可控等诸多优点。本文从提升纳滤膜的抗污染性出发,通过静电自组装的方法在超亲水基底上,设计构建高性能抗污染纳滤膜材料。研究了组装溶液的组份、组装过程对膜亲水性、孔径尺寸、表面荷电性的影响,制备了系列具有优异抗污染性能的纳滤膜材料,并对制得的纳滤膜在有机小分子分离、海水脱盐领域的分离性能进行了系统的评价。具体研究内容如下:1.聚电解质修饰的电中性纳滤膜的制备及小分子分离。以碱性水解的超亲水聚丙烯腈超滤膜为基底,以性能稳定的聚电解质聚二甲基烯丙基氯化铵(PDADMAC)为组装材料,利用氰基水解得到的羧基与PDADMAC静电自组装构建纳滤膜材料。通过对组装过程的调控,构建了孔径尺寸约为1 nm的电中性-超亲水纳滤膜材料。该膜显示出高的水通量及优异的分离选择性。在1 bar条件下,该膜的水通量高达76 L m-2 h-1 bar-1,对于不同电荷的小分子分离中,能实现对分子量小于400 Da的分子的截留率低于10%,而对分子量大于800 Da的分子的截留率大于90%,并对各种荷电性的分子展现出优异的耐污染能力。2.层层组装——制备高通量、抗污染聚电解质纳滤膜。以碱性水解的超亲水聚丙烯腈超滤膜为基底,以聚二甲基烯丙基氯化铵(PDADMAC)和聚丙烯磺酸钠(PSS)为聚电解质,通过在聚电解质溶液中加入不同浓度的无机盐,调节聚电解质链段在溶液中的聚集形态和电荷密度,从而调控聚电解质在膜上的组装行为和膜的分离性能。系统地研究了聚电解质溶液中盐离子强度对膜结构和性能的影响,在一个组装循环的条件下,构建了对二价离子具有选择筛分性能的脱盐纳滤膜,并对膜的脱盐性能和抗污染性能进行评价。通过一个循环的组装,结果显示,该膜可在1 bar条件下,水通量可达20 L m-2 h-1 bar-1,同时对Na2SO4的截留率高于95%。由于膜优异的亲水性,该膜对牛血清白蛋白、腐殖酸和海藻酸钠等污染物展现出出色的抗污染能力,在测试过程中通量回复率均达到93%以上。
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