抗硅垢抗污染反渗透膜制备研究

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反渗透膜分离技术由于其具备耗能低、效率高、环境友好等特点而被广泛应用于海水苦咸水淡化、超纯水制备和污水处理等领域。然而,反渗透膜易遭受膜硅垢和膜污染而造成的膜性能不可逆下降。常规的预处理手段往往会增加运行成本、药品使用以及降低膜的使用寿命。膜硅垢和膜污染严重制约着反渗透膜的实际应用。针对以上问题,论文研究膜表面性质与其抗硅垢抗污染性能之间的关系,并采用小分子接枝改性和共单体界面聚合法制备一系列抗硅垢抗污染反渗透膜。论文首先通过小分子胺与初生态反渗透膜表面残余的酰氯基团进行反应,成功将L-O-磷酸丝氨酸(L-SOP)、阿仑膦酸钠(AS)和3-氨基丙烷磺酸(APSA)接枝在反渗透膜表面,制备出磷酸根和磺酸根功能化的反渗透膜。与未改性膜相比,改性膜的表面粗糙度降低、亲水性增加、负电荷密度增加。在模拟的抗硅垢和抗污染实验中,改性膜表现出更低的通量下降率。经过24h的抗硅垢-腐殖酸混合污染测试,PA-APSA改性膜的通量下降率约45%,低于PA膜的通量下降率(~54%),经过简单清洗后,PA-APSA改性膜表现出更高的通量恢复率。实验结果证明改性膜具有良好的抗硅垢抗污染性能,并且改性方法易于实施,具有良好的应用潜力。论文进而采用共单体界面聚合的方法将新型单体2,2’-联苯胺二磺酸(BDSA)与间苯二胺作为水相溶液共单体,制备出抗硅垢抗污染性能PA-BDSA反渗透膜。通过调整水相中BDSA的浓度,可以有效调控PA-BDSA反渗透膜的表面性质。与PA膜相比,PA-BDSA膜具有更加亲水、光滑、荷负电的表面性质。在单一抗结垢测试中,PA-BDSA-0.2膜的通量下降率为18%,比PA膜低10%。在单一抗有机污染测试和抗硅垢-有机混合污染测试中,PA-BDSA膜均表现出更低的通量下降率和更高的通量恢复率。
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