高性能薄层复合正渗透膜的构建与表征

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薄层复合正渗透(TFC-FO)膜是一种渗透性好、截盐率高且结构可控的新型分离膜。一般由聚酯筛网/无纺布、多孔支撑层和超薄聚酰胺(PA)活性层组成,然而复合膜的性能却受聚酰胺活性层的结构、表面亲水性的影响较大。水铝英石纳米管(Imogolite,INTs)是一种具有优良亲水性的无机纳米材料,故而本文提出利用水铝英石纳米管作为聚酰胺薄层的改性材料,采用表面沉积法分别在正渗透膜的聚酰胺薄层或聚砜(PSF)多孔支撑层表面构建了一系列不同的INTs无机纳米改性层,系统研究了INTs无机纳米改性层的结构和性质对薄层膜的抗污染性和渗透性能的影响规律。本文的主要工作如下:(1)采用表面沉积法,将不同量的INTs附着于正渗透膜的PA薄表面,制备了一系列表面沉积INTs无机纳米层的薄层复合正渗透(TFN)膜。分别采用FTIR/ATR、XPS、SEM、AFM表征了TFN膜的表面化学组成表面形貌。结果表明,随着INTs含量的增加,无机纳米颗粒逐渐充满PA层的凹槽部位,形成平整的多孔无机纳米改性层,表面水接触角测试结果显示INTs能够有效的提高薄层复合正渗透膜表面的亲水性。通过采用表面带有不同电荷的蛋白质溶液和大豆油乳化液作为供给液进行FO性能测试,发现,表面带有INTs的TFN-FO膜具有优秀的抗蛋白质粘附和大豆油乳化液污染的能力。同时我们采用有机溶剂去刻蚀TFN-FO膜表面,发现水铝英石纳米管的引入可有效提高复合膜抗有机溶剂腐蚀的能力。以上结说明水铝英石纳米管改性的薄层复合膜能够极大的提高正渗透膜的抗污染和抗有机溶剂腐蚀的能力,从而提高正渗透膜使用寿命。(2)采用聚多巴胺(PDA)黏附的方法将水铝英石纳米管引入支撑层与聚酰胺层之间作为中间层(Interlayer)制备高水通量薄膜复合正渗透膜,并表征了其结构和性能之间的关系。研究表明,将水铝英石纳米管作为中间层,在不改变原有界面聚合层本身交联度的情况下可有效的减小界面聚合层的厚度从而减小水传输阻力,研究结果显示含有中间层的薄层复合正渗透膜其水通量是普通TFC膜的2.18倍。中间层的加入显著的减小了复合膜的结构参数,提高了膜选择性。
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