【摘 要】
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膜技术是水处理领域一种低能耗的处理手段。现有大量工作采用界面聚合法制备纳滤膜,通常以多元胺作为水相单体,制备得到的复合纳滤膜易受到“trade-off”效应和稳定性差问题的制约。为进一步提升膜性能,本研究选用基于石墨烯量子点(GQDs)的新型纳米材料作为水相单体,通过界面聚合制备了三种具有高通量、染料截留性能和化学稳定性的纳滤膜。具体研究工作如下:首先,将约2 nm大小的GQDs作为水相单体与有机
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膜技术是水处理领域一种低能耗的处理手段。现有大量工作采用界面聚合法制备纳滤膜,通常以多元胺作为水相单体,制备得到的复合纳滤膜易受到“trade-off”效应和稳定性差问题的制约。为进一步提升膜性能,本研究选用基于石墨烯量子点(GQDs)的新型纳米材料作为水相单体,通过界面聚合制备了三种具有高通量、染料截留性能和化学稳定性的纳滤膜。具体研究工作如下:首先,将约2 nm大小的GQDs作为水相单体与有机相单体均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合。受GQDs自身位阻效应和反应活性影响,界面聚合会在基膜孔内形成一系列结构疏松的GQDs纳米聚集体,制得GQDs-TMC/PES纳滤膜。所制备纳滤膜对阿尔新蓝和刚果红的截留率分别可达92.9%和98.8%,且具有良好的抗染料污染及化学稳定性。由于GQDs纳米聚集体的亲水性、负电性,所制备膜的纯水通量可达244.7 L/(m~2·h·bar),是文献中报道具有相同截留性能纳滤膜的5-6倍。其次,利用三乙烯四胺(TETA)通过水热法对GQDs进行氨基功能化,制备得到TETA@GQDs。将TETA@GQDs作为水相单体,与TMC进行界面聚合,制备得到TETA@GQDs-TMC/PES纳滤膜。大量氨基的引入改善了膜的亲水性和致密程度,对阿尔新蓝和刚果红的截留率可达99%。所得纳滤膜具有良好的抗污染性能,对于蛋白质溶液表现出高于90%的通量恢复。最后,利用4-氨基苯甲酸钠(PABA-Na)对界面聚合法制备得到的GQDs-TMC/PES纳滤膜进行后处理,获得GQDs-TMC-PABA/PES纳滤膜。PABA的引入调节了纳滤膜的粗糙度、亲水性和荷电性。当纯水通量为110.36 L/(m~2·h·bar)时,纳滤膜对橙黄钠、阿尔新蓝和刚果红的截留率分别可达92.5%、97.86%和99.5%。
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