基于EDC\s-NHS调控聚酰胺反渗透膜表面物理化学性质及性能修复的探究

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聚酰胺薄层复合反渗透膜因其高截留率、低能耗等优点,被广泛应用于工业浓缩、废水深度处理、海水淡化和家用纯净水制备等领域。但是,膜污染和性能劣化则是目前制约聚酰胺反渗透膜的规模应用的关键技术问题,开展聚酰胺反渗透膜的抗污染改性和性能修复具有重要的理论和实际意义。论文采用EDCs-NHS活化聚酰胺反渗透膜表面羧基,原位接枝氨基磺酸、二乙醇胺和哌嗪三种含氨基的小分子功能单体,调控聚酰胺复合反渗透膜的表面物理化学性质,提高膜对特征污染物的抗污染性能;原位接枝丝胶大分子,对性能劣化的聚酰胺反渗透膜进行修复研究,探究活化剂浓度、EDCs-NHS比例、反应pH值和丝胶浓度等对膜分离性能的影响规律。采用傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、原子力显微镜(AFM)、表面Zeta电位、静态水接触角等表征手段研究聚酰胺复合反渗透膜的化学结构、表面荷电性、亲水性和粗糙度等物理化学性质,通过错流渗透实验评价估聚酰胺复合反渗透膜的长期稳定性能和抗污染性能。得到研究结果如下:(1)通过EDCs-NHS活化聚酰胺反渗透膜表面羧基,可成功实现表面原位接枝小分子含氨基单体二乙醇胺、氨基磺酸和哌嗪,实现对膜表面荷电特性、亲水性的调节,在提高膜抗污染性能的同时,不影响膜分离性能。(2)表面接枝氨基磺酸,同步提高膜表面亲水性和电负性,Zeta电位由原膜的-46.82mV提高到为-55.49mV(pH=7),接触角由36.1°降低至27.6°,显著提高膜对牛血清蛋白的抗污染能力,膜通量恢复率由原膜的87.7%提高到94.6%;表面接枝二乙醇胺,在提高膜表面亲水性的同时降低膜表面电负性,Zeta电位降低至-29.53mV(pH=7),接触角降低至21.9°,亲水性提高,显著提高了聚酰胺反渗透膜对海藻酸钠的抗污染性能,通量恢复率由原膜的87.8%提高到99.4%;表面接枝哌嗪,膜表面亲水性基本保持不变,而膜表面电负性明显降低,Zeta电位降低至为-16.49mV(pH=7),膜对海藻酸钠和十二烷基三甲基溴化铵的抗污染性能明显提升,但对牛血清蛋白的抗污染性能明显减弱。(3)EDCs-NHS处理性能劣化的聚酰胺复合反渗透膜,可使膜的脱盐率从93.5%提升至95.0%,与劣化膜相比,处理膜的ATR-FTIR图谱1660cm-1与1490cm-1的峰面积比提高了10%,表明EDCs-NHS能成功活化膜表面的羧基并与氨基反应形成酰胺。而用大分子丝胶对膜进行进一步处理,与丝胶物理涂覆膜相比,ATR-FTIR图谱1660cm-1与1490cm-1的峰面积比提高了15%,表明EDCs-NHS可同时活化膜表面的羧基与丝胶分子的氨基发生酰胺化反应,并将复合膜脱盐率进一步提升至97.0%。长期运行实验表明,修复膜具有良好的性能稳定性。
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