聚酰胺杂化纳滤膜的制备及性能研究

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目前,低渗透通量和膜污染是制约纳滤膜应用和发展的难题,因此,制备高通量、抗污染的纳滤膜是提高膜性能的必要途径。本论文主要目的是制备高通量、抗污染的纳滤膜,通过合理选择膜材料,制备具有特定性能的纳滤膜,通过优化制膜工艺条件,使得制备的每种膜性能达到最佳。具体的研究内容如下:首先,通过界面聚合的方法将g-C3N4纳米片(CNs)掺杂到聚酰胺分离层中来提高膜表面性能。g-C3N4是一种亲水且多孔的类石墨烯材料,具有二维片状结构。g-C3N4引入膜表层能提高膜亲水性,从而使得膜渗透通量和抗污染性能提高。此外,g-C3N4表层具有自由的氨基,在界面聚合过程中能够参与反应,从而使得g-C3N4与聚酰胺层结合更加稳固,提高相容性。在过滤压力为0.2 MPa的条件下,相比于纯聚酰胺(PA)纳滤膜,CNs改性的聚酰胺(PA/CNs)纳滤膜水通量从20.9 L m-2 h-1提升到37.6 L m-2h-1,而对硫酸钠溶液的截留保持率在84%。其次,通过界面聚合的方法将两性离子改性的钛纳米管(Z-TNT)掺杂到聚酰胺分离层中来提高膜表面性能。Z-TNT是一种高亲水性材料,引入膜表层能提高膜亲水性,从而使得膜渗透通量和抗污染性能提高。同时,Z-TNT表面具有一层修饰的两性离子,两性离子能够调节膜表面的带电性和提高膜抗污染性能。在过滤压力为0.2 MPa的条件下,相比于PA纳滤膜,最佳制膜工艺条件下Z-TNT改性的聚酰胺(PA/Z-TNT)纳滤膜水通量从20.9 L m-2 h-1提升到44.94 L m-2 h-1,而对硫酸钠溶液的截留率保持在88.9%。最后,通过界面聚合的方法将多孔的聚β-环糊精(P-CDPs)掺杂到聚酰胺分离层中来提高膜表面性能。P-CDPs是一种多孔的材料,具有很高的比表面积和稳定的孔道。材料的这种特点能够给水分子提供一个稳定快速的通道,使得水分子很容易通过。此外,本材料继承了β-环糊精(β-CD)的优点,具有很好的亲水性和生物相容性。因此,P-CDPs是一种作为制备聚酰胺纳滤膜添加剂很好的选择。在过滤压力为0.2 MPa的条件下,相比于纯PA纳滤膜,最佳制膜工艺条件下P-CDPs改性的聚酰胺(PA/P-CDPs)纳滤膜水通量从33.4 L m-2 h-1提升到42.0 L m-2 h-1,而对Na2SO4、MgSO4和NaCl的截留率分别为97.0%、88.1%和19.2%。
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