金属—有机骨架/聚酰胺纳米复合膜制备及脱盐性能研究

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人口的快速增长和工业活动造成水资源的大量消耗,淡水资源短缺成为当今世界最严重的问题之一。为解决水资源短缺问题,膜分离技术已经被广泛用于水资源开发利用中,该过程具有高效、易操作、环保、低能耗等特点。虽然聚酰胺膜(PA)已被成功研制并用于脱盐过程如海水淡化,然而膜的通量和截留率一直存在平衡限制问题,因此如何制备出高通量及高截留率的聚酰胺膜成为该领域的研究热点。为了提高膜的通量及截留率,多孔材料(如沸石、碳纳米管、金属有机骨架材料和石墨烯等)可以作为掺杂颗粒被引入到聚酰胺膜中,从而制备出具有特殊结构的高质量的聚酰胺纳米复合膜。金属有机骨架材料(MOF)具有巨大的比表面积和可调孔径的特性,本研究首次利用金属离子与聚酰胺膜中的羧酸基团作用,并以此为位点,通过金属离子配位驱动法在聚酰胺纳米复合薄膜中合成MOF纳米颗粒,从而成功制备出高通量MOF/PA复合膜。该方法摆脱了常规方法中MOF纳米颗粒的制备和掺杂过程,实现了MOF纳米颗粒与聚合物之间的良好兼容性,消除无选择性孔隙的产生,从而在提高聚酰胺膜通量的同时保持膜的超高脱盐性能。此外,我们还采用传统方法制备出MOF纳米颗粒并将其掺杂到聚酰胺膜中制备出金属有机骨架/聚酰胺复合膜,并将两种方法所制备出的聚酰胺复合膜进行对比,新型配位驱动法制备的复合膜表现出更高的脱盐性能,并且我们发现新型配位驱动法合成的Fe(BTC)/聚酰胺复合膜表现出超高的通量,相比聚酰胺原膜,通量增加高达4倍,达到5.11 L m-2 h-1 bar-1,同时该膜对二价金属盐表现出较高的分离性能如MgSO4(99%),CaCl2(98%)和Na2SO4(99%)。
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