含哌啶阳离子侧长链型一/二价阴离子选择性分离膜的制备

基于超酸催化聚合机理制备了含咔唑片段的聚合物主链结构,并通过调控季铵化反应中N-甲基哌啶单体的用量,得到了不同哌啶离子含量的阴离子选择性分离膜。通过核磁共振氢谱证明了聚合反应和季铵化反应顺利进行。热重和动态机械分析的测试结果表明膜具有优异的热稳定性和力学性能。通过电渗析 （ED） 测试膜的阴离子分离性能,结果显示离子通量和选择性均优于商业膜Neosepta ACS。在NaCl/Na₂SO₄体系中,QPC-Pip-60的Cl^-通量可达3.24 mol·m^-2·h^-1,选择性可达11.6。在NaOH/Na₂WO₄碱回收体系下,良好的微相分离结构使得OH^-通量可达3.59 mol·m^-2·h^-1,选择性最高为70。长时间稳定性测试和碱稳定性测试结果表明所制备的系列膜具有优异的循环稳定性和耐碱性能。     

Al2O3和SiC微滤膜的疏水改性及其油固分离性能研究

以正辛基三乙氧基硅烷和乙醇分别作为改性剂和溶剂,采用接枝聚合法对平均孔径为500 nm的Al₂O₃膜和SiC膜进行疏水改性,考察了改性剂浓度、改性液温度和改性时间对膜表面疏水效果的影响,并对比了疏水改性前后两种陶瓷膜的表面性质及疏水改性后的油固分离性能,进行了反冲实验和稳定性测试。结果表明,两种陶瓷膜材料在改性剂浓度为0.2 mol·L^-1,改性液温度为40℃,改性时间为12 h时,疏水改性效果最好,得到的疏水Al₂O₃膜和SiC膜的水接触角分别为134°±1°和140°±1°,经改性后的SiC膜的疏水效果优于Al₂O₃膜。在油固分离实验中,疏水Al₂O₃膜和SiC膜均对固体炭黑有良好的截留性能,但疏水改性对SiC膜的油品通量提升更为显著,两种膜的稳态通量分别为1134 L·m^-2·h^-1和1408 L·m^-2·h^-1。反冲操作对疏水SiC膜的通量恢复更有利。     

Zn-BTC/MoS2复合二维膜构筑及有机溶剂纳滤性能研究

尽管最近兴起的二维膜材料相较于传统的聚合物基膜材料呈现出明显提升的分离性能。但是二维膜中分子传质需要经过层层堆积的二维通道,传输路径较长,限制了二维膜渗透通量的进一步提升。提出用一维金属有机框架纳米线来调控二维膜实现通量提升,同时不降低分离能力。该策略的实现是通过Zn-BTC纳米线插层MoS₂层级膜,制备了Zn-BTC/MoS₂复合膜。该复合膜的有机溶剂通量比MoS₂二维膜提高了2~6倍,丙酮渗透通量高达3562 L·m^-2·h^-1·bar^-1。同时该复合膜保持了与MoS₂膜同等优异的筛分能力,对于尺寸大于0.42 nm的染料分子,可以实现100%截留。     

UiO-66-NH2与季铵盐协同改性正渗透膜及其对染料废水分离性能

为了提高正渗透(FO)膜对染料的分离与抗污染性能，采用共混相转化法将聚对氯甲基苯乙烯(PCMS)引入聚偏氟乙烯(PVDF)多孔支撑底膜中，经UiO-66-NH₂与PCMS上的氯甲基的亲核取代反应，使UiO-66-NH₂均匀地固定在膜表面，进一步通过改进的界面聚合工艺即在其水相溶液中添加苯基三甲基氯化铵(TMPAC)，制备同时具有高渗透性能和抗污染性的FO复合膜。对支撑底膜和FO膜的结构和性能进行分析表征，并通过FO装置测试FO膜渗透分离和抗污染性能。结果表明，UiO-66-NH₂的引入有效提升了FO膜的亲水性、荷电性及渗透性能，界面聚合工艺中季铵盐的加入极大提升了FO膜的分离和抗污染性能。改性后的FO膜(M2-T)纯水通量可达到22.4 L·m^-2·h^-1，对染料废水中罗丹明6G和橙黄G的截留率可达97.82%和99.84%，经过6 h的罗丹明6G运行后，归一化通量衰减率仅为10.18%，纯水通量恢复率仍有95.66%。     

ZSM-5沸石分子筛膜的制备及脱盐性能研究

淡水资源日益短缺,发展膜法海水淡化技术是满足世界淡水供应需求的重要途径,但是寻找合适的膜材料依然是人类面临的挑战。ZSM-5沸石分子筛膜（简称沸石膜）具有规则的孔道结构、合适的孔径尺寸（0.51~0.56 nm）以及可调变的硅铝比,在有机物脱水分离应用中展示了优异的选择性及良好的渗透性和稳定性。基于其孔径尺寸介于水分子和盐离子之间,其在海水淡化脱盐领域也具有应用潜力。在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次生长法制备了ZSM-5沸石膜,考察了晶化时间与合成液的硅铝比对ZSM-5沸石膜成膜和渗透蒸发脱盐性能的影响,并采用XRD、SEM、EDS与水接触角表征了合成膜的相结构与结晶度、骨架组成表面特性等膜的结构性质。结果表明：通过二次水热法采用合成液摩尔配比为n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（Na₂O）∶n（NaF）∶n（H₂O）=0.05∶1∶0.21∶1.01∶55的合成液在175℃下晶化48 h为最佳的合成条件,制备了Si/Al比为10、接触角为17.5°的亲水纯相致密ZSM-5沸石膜,并在75℃下对3.5%（质量）的NaCl水溶液进行了渗透蒸发测试,水的通量和盐离子截留率达到8.35 kg·m^-2·h^-1和99.99%,且性能在60 h的时间依存性测试后依然稳定,表现出了很高的海水淡化工业应用潜力。     

Ag2CO3@PVDF/氧化石墨烯超滤膜及其分离性能

以聚偏氟乙烯（PVDF）为聚合物,氧化石墨烯（GO）为添加剂,聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）为致孔剂,N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂配制铸膜液,借助相转化法制备了PVDF/GO膜（PGM）,并通过原位共沉反应在PGM表面沉积Ag₂CO₃得到Ag₂CO₃@PVDF/GO复合膜（AgC-PGM）;使用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、水接触角、纯水通量、BSA截留率和三维荧光光谱（3D-EEM）考察了膜材料的形貌、亲水性、水通量和分离性。结果表明,当添加GO为0.4%（质量）,AgNO₃（5.0 mmol·L^-1）与Na₂CO₃（2.5 mmol·L^-1）共沉反应3次得到AgC-PGM;与PVDF膜（132.8 L·m^-2·h^-1）相比,AgC-PGM呈现出较高的亲水性和纯水通量（237.4 L·m^-2·h^-1）,其纯水通量提高了78.8%,对BSA截留率稳定在75%以上;在过滤校区湖水时,AgC-PGM不仅凸显去除蛋白质污染的能力,且出水COD和UV₂₅₄达到自然水体一级标准。     

氧化石墨烯/碱式硫酸铝掺杂聚醚砜/聚酰胺复合纳滤膜的制备及其性能

先由氧化石墨烯（GO）、硫酸铝和尿素通过水热法制得氧化石墨烯/碱式硫酸铝（GO-BAS）复合物,继与哌嗪（PIP）溶液共混作为水相;均苯三甲酰氯（TMC）溶于正己烷作为有机相;采用界面聚合法使两相单体在聚醚砜（PES）基膜表面形成聚酰胺（PA）功能层,制得氧化石墨烯/碱式硫酸铝复合物掺杂的聚醚砜/聚酰胺（PES-PA-GO-BAS）复合纳滤平板膜,并在较低的工作压力（0.3 MPa）下对其进行性能研究。其对无机盐溶液的截留率依次为：Na₂SO₄（91.08%） > MgSO₄（83.42%） > MgCl₂（68.97%） > NaCl（17.62%）;纯水通量可达24.19 L·m^-2·h^-1,较之聚酰胺纳滤膜提高了近60%,且具备良好的稳定性和耐碱性。     

聚丙烯微孔膜的表面矿化修饰及其亲水性能

为了改善聚丙烯微孔膜(MPPM)的表面亲水性,通过组合多巴胺氧化聚合和交替浸渍矿化修饰技术,在MPPM表面构建了均匀的CaCO₃矿物层,实现了利用CaCO₃矿物对膜表面进行亲水化修饰的目的。采用FTIR、XPS、ESEM、EDX和水接触角对矿化膜表面进行了相应的表征。考察了溶液浓度、浸渍循环次数及聚多巴胺涂覆率等对CaCO₃矿化率的影响。结果证实,CaCO₃矿物均匀地负载在MPPM表面,膜的亲水性因CaCO₃固有的润湿性而明显改善。纯水通量测试结果表明,矿化膜具有强的水渗透能力,纯水通量大(高达6450 L·m^-2·h^-1),渗透阻力小,施加0.01 MPa的外压,水即可透过膜。油水乳液分离研究发现,矿化膜能有效地分离一定范围的油水乳液,水通量大(> 1800 L·m^-2·h^-1),且膜容易用水清洗,展现出理想的油水乳液分离应用前景。     

超亲水SiO2修饰膜的构建及其油水乳液分离性能

采用硅溶胶和多巴胺作为修饰剂,通过一步反应在微孔聚丙烯膜(MPPM)表面构建了SiO₂修饰层。利用FTIR、ESEM和EDX对膜进行了表征,发现膜表面SiO₂颗粒分布非常均匀。水/油接触角及纯水通量实验结果表明,修饰膜具有超亲水性及水下超疏油性,透水能力强,水通量大[在0.1 MPa时,水通量高达(5100±500)L·m^-2·h^-1]。油水乳液分离结果表明,修饰膜能有效分离油水乳液,在0.05 MPa时,油水乳液水通量达2830 L·m^-2·h^-1,油截留率达99.8%以上,即使过膜压力增大到0.15 MPa,油截留率也能保持在99%以上,且膜表面的油污可用水清洗除去,展现出很好的应用前景。     

Na2SO4循环流化床蒸发器中的颗粒碰撞行为和传热性能

将流化床换热防垢节能技术和Na₂SO₄蒸发过程相结合,设计并构建了1套Na₂SO₄循环流化床蒸发装置。选用质量分数为20%的Na₂SO₄溶液作为液相工质,采用聚甲醛(POM)和碳化硅(SiC)颗粒作为惰性固体颗粒,考察了颗粒类型、颗粒加入量(1%～3%)、循环流速(0.37～1.78 m·s^-1)和热通量(7.29～12.14 kW·m^-2)等操作参数对于颗粒的碰撞行为和蒸发器传热性能的影响。研究结果表明,POM和SiC颗粒的加入均可以强化传热。实验范围内,POM和SiC颗粒的最大增强因子分别为9.5%和13.4%,所对应的操作参数分别为ε=1%,u=1.78 m·s^-1,q=7.29 kW·m^-2和ε=3%,u=0.37 m·s^-1,q=12.14 kW·m^-2。液相和固相碰撞加速度信号的特征频率范围分别为0～1 000 H...     

Preparation and performance of novel thermal stable composite nanofiltration membrane

The novel thermal stable composite nanofiltration membranes were prepared through the interfacial polymerization of piperazine and trimesoyl chloride on the poly (phthalazinone ether) ultrafiltration substrate. The effects of polymerization and testing conditions on membrane performance were studied. The surface morphologies of the substrate and the composite membranes were observed by means of scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The separation properties of membranes for dyes and salts were tested. The composite membranes show good thermal stability. The rejection for Na₂SO₄ was kept over 96%, while the flux reached 400 L·m^-2·h^-1 when it was tested at 1.0 MPa and 80°C. When tested at 1.0 MPa and 60°C, the rejection of the composite membrane for dyes was kept at high level, and the flux reached 180–210 Lm^-2·h^-1, while the rejection for NaCl was lower than 20%.     

TMCS修饰MFI分子筛膜的制备及乙醇/水分离稳定性的研究

采用三甲基氯硅烷（TMCS）作为修饰源对MFI分子筛膜进行表面改性,系统考察了TMCS浓度以及修饰时间对于MFI分子筛膜在分离乙醇/水混合物时的性能影响。SEM、XRD、²⁹Si NMR、FT-IR、接触角实验及分离实验结果表明,TMCS可以与硅羟基反应,嫁接分子筛膜表面,在消除膜表面硅缺陷的同时提高膜的疏水性及膜分离性能的稳定性。随着TMCS浓度以及反应时间的增加,修饰后MFI分子筛膜的通量及分离因子略有下降,但稳定性增强。在TMCS的浓度为0.4%（质量）,修饰时间为2 h时,所得到的膜具有最佳渗透汽化分离性能,并可在60℃下分离5%（质量）乙醇/水混合物时保持良好的稳定性。在连续90 h渗透汽化分离过程中,其渗透通量稳定在1.61 kg·m^-2·h^-1 左右,分离因子保持在20以上。     

氨基化氧化石墨烯界面聚合制备超薄复合纳滤膜

采用氨基化氧化石墨烯（NGO）为界面聚合水相单体,制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压（0.2 MPa）下纯水通量可达27.8 L·m^-2·h^-1,对小分子染料有较高的截留率（甲基橙截留率74.8%,橙黄钠截留率96.0%,刚果红截留率98.5%,甲基蓝截留率99%）,对于无机盐的截留率较低（Na₂SO₄截留率21.4%,MgSO₄截留率10.7%,NaCl截留率5.3%,MgCl₂截留率1.5%）,展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。     

新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜制备及其性能

高性能石墨烯基复合膜的制备是目前国际研究热点,但是石墨烯基纳滤膜在脱盐中水通量较低,限制其在脱盐中的应用。采用聚多巴胺(PDA)改性聚砜(PSF)膜为基膜,将还原氧化石墨烯(rGO)和超薄氮化碳(uCN)纳米片通过真空抽滤法在基膜表面自组装制备新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等研究uCN添加对膜结构和形貌的影响,并考察不同uCN添加比例、rGO用量及压力复合纳滤膜性能变化规律。结果显示当在100 mg·L^-1的rGO中添加uCN为20 mg·L^-1时所制备的rGO/uCN复合纳滤膜不仅保持良好盐离子截留率(对Na₂SO₄截留率85.86%,对NaCl截留率30.17%),且水渗透系数是rGO膜的2.15倍(88.50 L·m^-2·h^-1·MPa^-1)。     

Fabrication of anti-fouling polyamide nanofiltration membrane by incorporating streptomycin as a novel co-monomer

Polyamide (PA) thin-film composite (TFC) nanofiltration (NF) membrane has extremely broad application prospects in separation of monovalent/divalent inorganic salts mixed solution. However, membrane fouling is the main obstacle to the application of PA, TFC and NF membrane. Streptomycin (SM) is a hydrophilic antibiotic containing a large number of hydroxyl and amino groups. In this work, the NF membrane was prepared via interfacial polymerization (IP) between trimesoyl chloride (TMC) in the organicphaseand SM/piperazine (PIP) mixture in theaqueousphase. The NF membrane structure and performance were characterized in detail. The results showed that SM successfully participated in the IP. The negative charge and hydrophilicity of membrane surface were improved. The prepared membrane exhibited good anti-adhesion and anti-bacterial performance. Additionally, when the SM concentration was 2%, the prepared membrane exhibited the optimal permselectivity. The water permeance was 89.4 L·m^-2·h^-1·MPa^-1. The rejection of NaCl and Na₂SO₄ were 17.17% and 97.84%, respectively. The NaCl/Na₂SO₄ separation factor of the SM2-PIP/TMC membrane in 1000 mg·L^-1 NaCl and 1000 mg·L^-1 Na₂SO₄ mixed solution was 40, which was 3.3 times that of PIP/TMC membrane. It indicated that SM2-PIP/TMC demonstrated excellent monovalent/divalent salts separation performance. This work provided an easy and effective approach to preparing anti-fouling NF membrane while possessing superior monovalent/divalent salts separation performance.     

Electrospinning organic solvent resistant preoxidized poly(acrylonitrile) nanofiber membrane and its properties

A high performance preoxidized poly(acrylonitrile) (O-PAN) nanofiber membrane with excellent solvent resistance, thermal stability and flexibility was fabricated by the preoxidation of electrospun PAN nanofiber membrane. The performance of resultant O-PAN nanofiber membrane was optimized by altering the PAN concentration and preoxidation temperature. The results showed that the O-PAN nanofiber membrane which made from PAN concentration of 14% (mass) and preoxidation temperature of 250.0 ℃ have a more optimal comprehensive performance. In the long-term separation test of SiO₂ particle (1 μm) in DMAc suspension, the permeate flux of O-PAN nanofiber membrane stabilized at 227.91 L·m^-2·h^-1 (25 ℃, 0.05 MPa) while the SiO₂ rejection above 99.6%, which showed excellent solvent resistance and separation performance. In order to further explore the application of the O-PAN nanofiber membrane, the O-PAN nanofiber membrane was treated with fluoride and used in oil/water separation process. The O-PAN nanofiber membrane after hydrophobic treatment showed excellent hydrophobicity and good oil/water separation performance with the permeate flux about 969.59 L·m^-2·h^-1 while the separation efficiency above 96.1%. The O-PAN nanofiber membrane exhibited a potential application prospect in harsh environment separation.