三嗪框架聚合物膜用于有机纳滤甲醇/正己烷分离

具备耐各种有机溶剂的微孔聚合物膜在有机纳滤领域逐渐受到重视。采用双氰基单体的超酸催化成环聚合反应，制备微孔框架聚合物薄膜(CTF-BP)，该膜具备良好的力学性能，可耐受甲醇和正己烷等常见有机溶剂。CTFBP膜内大量<1.0 nm的微孔通道使膜具备良好的筛分性能，其截留分子量为550。膜内含有的三嗪结构与羟基具有较强的亲和性，使甲醇的跨膜通量[1.10 L/(m²·h·bar)]显著高于黏度更低的正己烷通量[0.23 L/(m²·h·bar)]。采用纳滤操作将膜用于分离含低浓度甲醇的正己烷溶液[含5%(质量)甲醇的正己烷溶液]，结果显示甲醇/正己烷分离因子最高可达到1485，渗透液的总流量超过3.21 kg/(m²·h)。证实CTF-BP膜有望实现高效甲醇/正己烷分离。     

石英微滤陶瓷膜的制备研究

以石英砂陶瓷支撑体为基体，SiO₂粉体为固相，聚乙烯醇(PVA)为黏结剂，聚丙烯酸和丙三醇为分散相制备涂膜液，采用浸渍提拉法进行微滤膜层的涂覆制备，考察黏结剂添加量、涂膜时间、烧结温度等制备条件对石英微滤陶瓷膜性能的影响，通过孔隙率、纯水通量、SEM等方法对其进行测试和表征。结果表明：石英微滤陶瓷膜涂膜液聚乙烯醇含量为10%,涂膜时间60 s、烧结温度850℃时制备的石英微滤陶瓷膜性能较好，孔径均匀，平均孔径为1.90μm,纯水通量为9.20 m³·m^-2·h^-1·bar^-1,孔隙率为35.58%。     

脱乙酰基改性乙酸纤维薄膜对乳化油分离及积垢机理的探究

利用静电纺丝制造乙酸纤维素膜（CA纤维膜）,并利用添加TiO₂及脱乙酰基（d-CA）对CA纤维膜进行改性,后续对膜过滤特性、渗透通量、油水乳化液去除效率、反洗特性及积垢机制进行讨究。结果显示,CA纤维膜通过TiO₂及d-CA改性后可以提高膜的热稳定性及亲水性能,并得到稳定的纯水通量和过滤通量;最佳的比例为TiO₂@d-18.5%CA纤维膜,在40kPa跨膜压差、60min的操作条件下,其纯水通量、过滤通量、1g/L油水乳化液去除效率以及反洗后通量分别为824.8L/(m²·h)、(311.3±12.5)L/(m²·h)、93.6%±1.1%、451.5L/(m²·h);另外,添加TiO₂可能导致油水乳化液在膜表面不可逆阻力比例的增加,脱乙酰基改性CA纤维膜则可以降低膜自身阻力及增加可逆阻力的比例,提高CA纤维膜在油水分离方面的潜力。     

高温除尘碳化硅膜的制备及其抗腐蚀特性

采用喷涂法在碳化硅（SiC）支撑体上覆膜,根据碳化硅材料的氧化特性,设计了有氧烧结和氩气烧结随温度转换的组合烧结制度,并通过优化保温时间降低碳化硅陶瓷膜烧结成本。研究结果表明,新的烧结制度能有效地控制有氧烧结阶段产生的二氧化硅（SiO₂）量,并促进其与烧结助剂氧化锆（ZrO₂）等在气氛烧结阶段的反应,反应生成的锆英石相和添加莫来石相共同形成SiC颗粒连接颈部。制备的碳化硅陶瓷膜平均孔径为3.03 μm,气体通量为175 m³?m^-2?h^-1?kPa^-1。且在100℃的0.25 mol?L^-1的H₂SO₄溶液和0.25 mol?L^-1的NaOH溶液中腐蚀6 h后,膜层表面形貌无明显变化,具有较强的抗腐蚀性能。     

烧结助剂对低温制备碳化硅多孔陶瓷性能的影响

分别采用十二烷基苯磺酸钠、氢氧化钠以及NaA分子筛残渣为烧结助剂,碳粉为造孔剂,干压法成型,在1150℃空气气氛下烧结制备碳化硅多孔陶瓷支撑体。考察了助剂添加量对微结构、平均孔径、孔隙率以及抗热震性等方面的影响;分析了添加助剂的低温烧成机理。研究结果表明：三种添加剂均有助于提高支撑体的气体渗透性、抗弯强度和耐热震性;添加NaA分子筛残渣助烧结剂获得的碳化硅多孔陶瓷各项性能最佳,气体渗透率为1300 m³/(m²·h·kPa),强度可达27 MPa,且抗热震性能良好。     

原料颗粒形状对粉煤灰基陶瓷微滤膜通量的影响

以球形颗粒和非球形颗粒粉煤灰为原料,制备了对称陶瓷膜。讨论了膜的渗透性能。结果表明,膜的纯水通量和成膜颗粒的球形度成正比,球形颗粒制备的陶瓷膜平均孔径0.94μm,在0.1 MPa的跨膜压差下,纯水通量为11 306 L/(m²·h),为非球形颗粒制备的陶瓷膜通量的1.13倍。球形颗粒粉煤灰同时表现出低成本原料优势和高通量颗粒形状优势。     

PVA型超亲水-水下超疏油过滤膜油水分离性能研究

稀土萃取分离生产过程中会产生大量的含油废水亟待处理，超亲水-水下超疏油过滤膜为稀土冶炼含油废水带来了新的解决方案。以过滤棉为基材，以富含羟基的聚乙烯醇(PVA)与亲水的纳米二氧化硅溶胶为前驱体，以戊二醛为交联剂制备了PVA型超亲水-水下超疏油过滤膜。接触角测试表明，在空气介质中对水的接触角为0°，在水介质中对油的接触角为155.3°，具备优良的超亲水-水下超疏油性能。对制备的PVA型超亲水-水下超疏油过滤膜进行油水分离实验发现，3次重复实验过滤膜的平均油水分离率为97.5%，膜通量为11.89 L/(m²·s)，经30次油水分离循环测试，该过滤膜仍具有95.3%的油水分离率和11.06 L/(m²·s)的膜通量，展现了较好的耐久性和稳定性，具有一定的工业推广应用前景。     

臭氧-SiC陶瓷膜耦合工艺处理油田采出水实验研究

针对油田采出水成分复杂、油水难以分离的问题，采用Al₂O₃和SiC陶瓷膜对其进行处理，对比两种陶瓷膜的处理效果可知，SiC陶瓷膜出水的含油量低于Al₂O₃陶瓷膜，后续选定SiC陶瓷膜耦合O₃氧化处理油田采出水，考察油田采出水的处理效果，利用SEM、EDS对陶瓷膜的微观形貌和物相组成进行表征，分析膜表面由于油滴和颗粒物等杂质堆积对膜通量和出水浊度、含油量及COD去除的影响。耦合实验结果表明，在O₃氧化时间为4 min，跨膜压差为0.065 MPa，通量为4 669.63 L/(m²·h)的条件下，COD、油含量和浊度的去除率分别可达75.51%、99.70%和99.90%，显著高于陶瓷膜或O₃单独运行时各污染物的去除率。可见O₃氧化耦合陶瓷膜过滤能够改善膜的性能，提高油水分离效率，促进油田采出水更高效的处理。     

钢铁废水近零排放工程设计案例

江苏某钢铁企业废水深度处理设计进水规模为 1.5×10⁴ m³/d,采用“超滤+反渗透+钠床”组合工艺,反渗透浓水再经浓水反渗透后进一步回收产水。超滤设计膜通量为 50 L/（m²·h）,回收率≥90%,反渗透设计通量 19 L/（m²·h）,回收率≥75%,浓水反渗透设计通量 16 L/（m²·h）,回收率≥75%。出水经多级回用分质供水,系统产水的浓盐水送至高炉冲渣,实现了全厂无废水外排。膜系统设备投资1 600万元,成本为1.23元/m³进水。     

CS@CAU-10复合膜的制备及其对乙醇/水的分离性能

利用原位生长法在氧化铝载体上制备金属有机骨架CAU-10膜，并在其表面覆盖一层壳聚糖(CS)得到CS@CAU-10复合膜。考察了CAU-10膜合成液浓度、CS醋酸水溶液浓度以及操作温度对膜层的结构和性能的影响。结果表明，在合成液浓度为0.06 mol/L、CS质量分数为3%时获得的膜层性能最好；升高温度，该膜通量增大、分离因子下降；在30℃时，原料的水质量分数从5%增大到20%,总通量由91 g/(m²·h)增加至450 g/(m²·h),分离因子从497降低至92。该膜与其他乙醇脱水膜相比具有一定的优势。     

KAUST-8膜的制备及其对乙醇/水体系的渗透汽化分离性能的研究

为实现乙醇作为燃料的高效利用,采用二次生长法制备出亲水性KAUST-8膜并将其对乙醇水溶液进行渗透汽化分离研究。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、比表面及孔隙度分析仪（BET）和热重等分析手段对KAUST-8晶体和膜材料的形貌、结构和性能进行表征,考察了不同操作温度和进料质量分数下,KAUST-8膜对乙醇水溶液分离效果的影响。结果表明,升高渗透汽化的操作温度,总渗透通量从281.44 g/（m²·h）增加至929.16 g/（m²·h）,分离因子从17.2降低至6.1。在同一渗透汽化温度（25℃）下,增大进料液中水的质量分数,水通量从124.2 g/（m²·h）增加到302 g/（m²·h）,总通量逐渐升高至359.2 g/（m²·h）,分离因子逐步从17.2提高至30.2。     

陶瓷膜冷凝器用于烟气脱白烟过程的中试研究

将平均孔径5、20和50 nm的管式陶瓷外膜制成膜冷凝器，并搭建膜面积0.3 m²的膜冷凝中试实验装置，开展陶瓷膜冷凝器在烟气水、余热资源回收及脱白烟领域的中试研究。对比采用不同排布方式的两级陶瓷膜冷凝器的水、热回收效果，考察进气相对湿度、进气温度、进气线速度等操作条件和不同孔径陶瓷膜的排布方式对膜冷凝器水通量及水回收率的影响。研究表明，在两级膜冷凝器中，烟气、冷却水均为串联流动时，可得到更高的水、热通量及回收率。过程水通量随进气相对湿度、进气温度、进气线速度的增加而增加；水回收率随进气相对湿度、进气温度的增加而增加，随着进气线速度的增加而降低。在三级膜冷凝器中，采用每级均填充平均孔径50 nm的管式陶瓷外膜的排布方式时，可获得最佳的水、热回收效果；不同孔径陶瓷膜的排布方式对膜冷凝器水回收效果影响明显，对热回收效果影响不大。在各实验工况下，三级膜冷凝器水通量及水回收率最高分别可达38.5 kg·m^–2·h^–1和50.6%。与传统换热器相比，陶瓷膜冷凝器不仅可实现水、余热的同时回收，且其总传热系数为415 W·m^–2·℃^–1，换热效果更佳，并能明显缓解“白色烟羽”等视觉污染。基于陶瓷膜的膜冷凝技术在中试实验阶段展现出良好的回收效果，在资源回收及脱白烟过程有广阔的应用前景。     

陶瓷膜用于杜仲叶提取液澄清的分离特性与膜污染机制研究

杜仲是我国特有的珍稀中药材树种且资源丰富，其树叶富含绿原酸和黄酮类化合物等活性物质。然而，杜仲叶提取液中杜仲胶、蛋白、多糖等杂质含量较高，缺乏活性物质的高效分离技术。陶瓷膜具有分离效率高、抗污染性能好等优势，已在植物提取液的澄清过程中广泛应用。开发杜仲叶提取液的陶瓷膜法高效澄清技术具有重要应用价值。本文从膜材料和膜过程两个层面展开研究，对陶瓷膜孔径进行了优选，系统考察了操作压力、膜面流速与温度对陶瓷膜澄清过程的影响，并结合Hermia模型对膜污染机制进行了分析。结果表明，平均孔径为100 nm的陶瓷微滤膜具有较高的浊度去除率、活性成分透过率和渗透通量，适合杜仲叶提取液的澄清过程。在优化的操作条件下，陶瓷微滤膜的稳定通量约为58 L·m^-2·h^-1，绿原酸与黄酮的总透过率为75.3%，浊度截留率接近100%，清洗后膜通量恢复率达85%以上。陶瓷膜分离技术在杜仲叶提取液澄清过程中展现了良好的应用前景。     

某工业园区中水回用废水零排放工艺实验研究

中水回用废水水质较差，离子含量高，远达不到零排放标准。为此，采用超滤、反渗透与液碱软化工艺对其进行处理，并探究工艺最优化条件。试验结果表明：废水经过两次反渗透膜浓缩，浓水的TDS可达49 221 mg/L，后续可进行蒸发分盐处理，清液水质达到所要求的水质标准；超滤膜的平均通量可设定在50 kg/m²·h，在40 kg/m²·h左右可进行反冲洗操作；一级反渗透在通量为18 L/m²·h，回收率为75%的情况下，最佳压力设定为12 bar；二级反渗透在通量为15 L/m²·h，回收率为75%的情况下，最佳压力设定为20 bar；选用液碱-纯碱软化法对一级反渗透浓液进行软化，在两者加药量分别为303.53 mg/L和67.41 mg/L时，处理后出水Ca²⁺、Mg²⁺分别为7.20 mg/L和18.00mg/L，达到了反渗透进水要求。     

基于多孔陶瓷膜的脱硫废水负压式膜蒸馏实验

目前采用多孔陶瓷膜进行膜蒸馏的技术已有不少研究，但由于膜本身的亲水特性，需要在使用前进行疏水改性，这增加了工序和成本，且疏水性随着使用过程逐渐减弱。因此，提出一种基于多孔陶瓷膜的脱硫废水负压式膜蒸馏方法，直接采用亲水性多孔陶瓷膜，通过泵的抽吸作用使膜内溶液形成负压，以防溶液渗出膜外。为探究负压式膜蒸馏的传热传质机理，通过实验对比了亲、疏水多孔陶瓷膜在不同工况下的传递特性。实验结果表明：当膜内负压值小于膜孔内溶液毛细力时，亲、疏水多孔陶瓷膜的膜孔内分别为溶液输运和水蒸气输运；当空气流量为22L/min、废水温度和流量分别为50℃和11L/h时，亲水膜的渗透通量在1.9～3.9kg/(m²·h)之间，而疏水膜的渗透通量仅为0.13～0.25kg/(m²·h)；亲、疏水多孔陶瓷膜的热效率分别在92%和55%左右，说明亲水性多孔陶瓷膜有着更高的热效率，陶瓷膜的较高热导率有利于提升亲水膜的膜蒸馏性能；脱硫废水流量对热质传递性能影响不大，随着空气流量或者废水温度的增加，膜渗透通量随之增加。     

基于MXene中间层的复合纳滤膜制备及其盐水分离性能研究

通过湿法化学刻蚀得到单层MXene纳米片后，采用旋涂法将MXene纳米片负载至基膜上作为中间层制备聚酰胺复合纳滤膜，并探讨了MXene不同负载浓度对复合纳滤膜通量及盐截留性能的影响。结果表明引入MXene作为中间层，使得圆泡状形貌在所得膜表面形成，当旋涂1 mL浓度为0.1 g/L MXene时，通量为24.2 L/(m²·h)，硫酸钠截留率为97.4%，相比传统膜(通量12.9 L/(m²·h)，硫酸钠截留率96.3%)性能提升明显。随着MXene旋涂负载浓度增加，通量逐渐减小，而硫酸钠截留率则存在先增加后减小再稳定的趋势，截留率最高可达98.8%(通量16.3 L/(m²·h))。     

疏水性陶瓷复合膜的制备与油水分离性能研究

采用聚四氟乙烯粉末与氧化铝平板陶瓷膜进行高温烧结改性的方式,制备了有较高疏水性的陶瓷复合膜。通过扫描电镜、能谱仪、红外光谱及静态接触角测量仪研究了复合膜的表面形貌和化学结构。结果表明,制备的疏水性陶瓷复合膜在油中的疏水性能变化不大,能够较好的应用于油水分离。增大操作压力、料液温度或降低水含量都可以增加膜的渗透通量。当操作压力为0.1 MPa、混合液温度为25℃,水的质量分数为3%时,制备的疏水性陶瓷复合膜的渗透初始通量为12 L/(m~2·h),截留率可达98.75%。     

聚乳酸电纺纤维膜的油水分离性能

采用静电纺丝法,制备了聚乳酸(PLA)电纺纤维膜。通过扫描电子显微镜、接触角测试仪等表征了PLA电纺纤维膜的纤维结构和水接触角,并研究了其油水分离性能。结果表明PLA可纺性好,电纺纤维膜为由光滑的微纤维组成的三维多孔网络结构,纤维直径1～2μm,纤维膜孔径为3～10μm且分布较均匀。PLA电纺纤维膜的水接触角可达136°以上,具有良好的疏水性。PLA电纺纤维膜对油水混合物的分离效率可达98.3%以上,最大分离通量约15 000 L·m^-2·h^-1。     

含甲基纤维素的NaA沸石膜的制备和表征

NaA沸石膜具有规则的孔道结构,利于分子传输,在有机物脱水领域有一定的应用。为使沸石膜生长更连续均匀,提高渗透汽化性能,本文以甲基纤维素作为空间限制剂加入合成液,探究碱度、晶化温度以及晶化时间对膜的影响,按最优条件制备合成液,并依据质量比m(MC)∶m(H₂O)=1∶100添加甲基纤维素,制备NaA沸石膜。表征方法采用XRD、SEM和渗透汽化3种方式,结果表明添加甲基纤维素的沸石膜表面结构完整,生长致密且性能优良,在75℃下对0.6mol/L的NaCl水溶液做渗透汽化测试时,通量达8.33kg/(m²·h),盐离子截留率为99.95%。在0.6mol/L的NaCl的水溶液中测试72h,结果表明添加甲基纤维素的NaA沸石膜时间依存性更好,通量保持在8.30kg/(m²·h)左右,离子截留率稳定在99.90%。渗透汽化分离ω(C₂H₆O)=90%乙醇的水溶液,随着温度从60℃升高到75℃,沸石膜的通量由1.55kg/(m²·h)升高到2.56kg/(m²·h),渗透侧水含量保持在99.90%左右。     

膜法在某核电站海水淡化系统中的设计应用

海水淡化技术是解决核电站淡水资源缺乏的一个重要途径。针对某核电站10 000 m³/d海水淡化系统的要求,采用“原水预处理(混凝沉淀+V型滤池)+反渗透预处理(超滤)+脱盐(两级反渗透)+后处理(矿化处理)”的处理工艺。其中混凝沉淀池总处理水量为1 800 m³/h;V型滤池滤速为9 m/h;超滤系统平均膜通量为72.9 L/(m²·h),回收率≥92%;一级反渗透系统平均膜通量为13.79 L/(m²·h),回收率45%,脱盐率≥99.3%;二级反渗透系统A平均膜通量为29.31 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;二级反渗透系统B平均膜通量为27.18 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;反渗透产水经过矿化设备,产水水质稳定能满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。该系统其运行成本为4.57元/m³。