正渗透汲取剂及其分离回收工艺研究进展

叙述了正渗透工艺研究中汲取剂的种类、特性及其分离回收工艺,并总结了高效汲取剂的选择标准,旨在为正渗透技术的深入研究和应用领域开拓提供参考。具有高渗透压汲取剂的选择及回收方法是正渗透技术研究与应用的关键核心问题之一。认为目前国内正渗透技术的研究仍处于探索性的消化吸收阶段,在汲取剂选择及分离回收工艺优化等方面需要深入研究。     

自组装法制备PVDF-SiO_2/PVSQ超疏水复合膜及膜蒸馏抗污染性能

采用乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)对SiO_2疏水改性,通过自组装法,将改性SiO_2接枝在商业PVDF (聚偏氟乙烯)膜表面,使其表面达到超疏水。利用场发射电子显微镜、红外光谱仪、接触角测量仪及毛细流孔径分析仪等仪器对改性前后膜的表面形貌、化学组成、接触角及孔径变化等性能参数进行表征。结果表明,VTMOS不仅对SiO_2疏水改性,还通过自身的水解缩聚反应,生成了规整圆球状的聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)微粒,纳米级SiO_2分布于微米级PVSQ表面,在改性膜表面构造了多层次微/纳米粗糙表面,在低表面能疏水基团乙烯基和甲氧基的共同作用下,成功实现了超疏水改性,改性膜水接触角达到159.5°,滚动角降至8.1°。以NaCl、HA和CaCl2混合溶液为进料液,对商业PVDF膜和改性膜进行了长期直接接触式膜蒸馏(DCMD)实验,探究其抗污染性能。结果表明,改性膜适用于长期DCMD实验,并表现出比商业PVDF膜更稳定的通量,截盐率始终大于99.99%,具有良好的稳定性和抗污染性能。     

电纺及疏水改性制备CA/SiNPs-FAS超疏水复合膜及膜蒸馏脱盐研究

以1-甲基-2-吡咯烷酮/丙酮为混合溶剂,无纺布为支撑层,采用静电纺丝技术与溶胶-凝胶方法,制备了醋酸纤维素/二氧化硅复合纳米纤维膜,并将其浸渍于全氟烷基硅烷/正己烷分散液中进行疏水化改性。利用场发射扫描电子显微镜、红外光谱仪、孔径分析仪、接触角测量仪器等表征了改性前后复合膜表面形貌、官能团变化、孔径分布及润湿性等膜性能参数并将其应用于连续性直接接触式膜蒸馏盐浓缩过程。结果表明,静电纺丝复合膜呈三维空间网状结构,且利用正硅酸乙酯生成的纳米二氧化硅颗粒内陷于醋酸纤维素纤维内部形成微米-纳米梯级分布。经全氟烷基硅烷修饰后,红外特征峰明显,复合膜水接触角最高可达156°,且对质量分数为5%的十二烷基硫酸钠液滴也同时展示出优良的抗润湿性能（接触角125°）。以60℃、35 g·L^-1的NaCl溶液为进料液进行持续性直接接触式膜蒸馏脱盐实验,当渗透温度为20℃时,各复合膜盐截留率均能达到99.99%以上,其中,CA/SiNPs-FAS膜通量可稳定在11.2 kg·（m²·h）^-1。     

十二烷基硫酸钠对膜蒸馏过程影响

膜蒸馏具有较低的操作压力、操作温度以及运行成本等优点,因此在水处理方面有广泛的应用前景。但是膜蒸馏过程中的膜润湿和膜污染现象仍然是阻碍其工业化应用的主要问题。表面活性剂作为一种能显著降低溶液表面张力、改变进料液性质的物质,对膜蒸馏造成的影响值得被研究。基于此,研究了在直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程中表面活性剂对不同商业微孔疏水膜造成的影响,选用了一种常见的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)进行实验。结果表明,进料液中SDS浓度的上升会引起更为严重的膜润湿现象,并且所使用的三种商业膜中,双疏膜抗润湿性最强,而PVDF膜最弱。而当Ca~(2+)大量存在于进料液中时,Ca~(2+)与SDS的聚集降低了膜润湿的程度但其在膜表面的沉积造成了严重的膜污染。界面相互作用自由能的计算结果表明Ca~(2+)/SDS与PVDF膜之间的吸引力最大、PTFE膜其次、双疏膜最小,这一结果与膜蒸馏过程中通量变化情况相符。     

亲疏水性CuBTC/PVDF复合膜应用于膜蒸馏抗油实验

采用水热法合成亲水性的CuBTC金属有机骨架(MOFs)颗粒，采用聚乙烯醇(PVA)作为黏合剂，用抽滤的方法将CuBTC颗粒附载在聚偏氟乙烯(PVDF)膜上，之后用戊二醛(GA)对PVA进行交联，制备出表层亲水、底层疏水的CuBTC/PVDF复合膜。通过场发射电子显微镜、比表面积及孔径分析仪、接触角测量仪、孔径分析仪、X射线衍射仪等对CuBTC颗粒和不同CuBTC含量的复合膜的表面特征、结构形态和稳定性进行了表征。结果表明，CuBTC颗粒有着较大的比表面积和孔容，CuBTC颗粒可以牢固地抽滤在PVDF膜表面，热稳定性高且有较好的柔韧性。与抽滤前的PVDF膜相比，随着CuBTC颗粒的增多，膜厚度有所增加，孔径和孔隙率有所减小，但对其膜蒸馏膜通量的影响不大，且在CuBTC含量在0.6 g时表现出较好的性能。在以1 g/L原油和35 g/L氯化钠混合溶液为进料液对原膜和复合膜进行直接接触膜蒸馏抗油污实验，发现原膜很快被油污染堵塞毛孔，而复合膜具有良好的抗油污染能力，可以进行长期的膜蒸馏实验。     

膜蒸馏法浓缩反渗透浓水的试验研究

采用直接接触式膜蒸馏法浓缩处理反渗透浓水,系统研究了未经预处理、酸化预处理和阻垢预处理后的反渗透浓水在膜蒸馏浓缩过程中产水电导率、产水通量和膜污染的变化规律.试验结果表明,在三种膜蒸馏试验中,膜蒸馏的脱盐率均稳定.未经预处理的反渗透浓水在膜蒸馏过程中产水通量下降迅速,膜表面CaCO3污染是其主要原因.酸化预处理在一定程度上延缓了膜蒸馏浓缩过程产水通量的衰减,但随着浓缩过程的进行,仍然有沉积物在膜表面形成,导致通量下降.经阻垢预处理后膜蒸馏浓缩过程的膜通量比较稳定.这是因为阻垢预处理在一定程度上预防了难溶盐在膜表面的沉积,减缓了膜污染.对经阻垢预处理后的反渗透浓水保持浓缩倍数为3,在112 h的长周期运行中产水电导率稳定在5μS/em以下,且产水通量下降缓慢,至试验结束时产水通量为13.9 kg/( m2·h),较初始通量只下降了10.9％.     

P(VDF-HFP)/SiNPs-PVDF双层疏水复合膜电纺制备及其应用

采用静电纺丝技术,以筛孔75μm涤纶网为支撑层,N,N-二甲基甲酰胺、丙酮为混合溶剂,制备偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))/疏水气相纳米SiO_2颗粒-聚偏氟乙烯(SiNPs-PVDF)双层疏水纳米纤维复合膜,考察了纺丝时间和SiNPs等对膜性能的影响,表征了膜特性,结果表明,复合膜红外特征峰明显;在双层膜总纺丝时间一定的条件下,随表层纺丝时间的延长,双层膜平均孔径均呈减小趋势,膜通量下降但抗润湿性能却得以提高;此外,添加SiNPs可进一步增强双层膜的抗润湿性,延长膜的可持续运行时间。以53℃、质量浓度35g/L的NaCl溶液为料液进行持续性直接接触式膜蒸馏脱盐实验,当渗透温度为20℃时,各复合膜盐截留率均能达到99.99%以上,P(VDF-HFP)/SiNPs-PVDF复合膜最长可持续运行90h。     

电纺及疏水改性制备CA/SiNPs-FAS超疏水复合膜及膜蒸馏脱盐研究

以1-甲基-2-吡咯烷酮/丙酮为混合溶剂,无纺布为支撑层,采用静电纺丝技术与溶胶-凝胶方法,制备了醋酸纤维素/二氧化硅复合纳米纤维膜,并将其浸渍于全氟烷基硅烷/正己烷分散液中进行疏水化改性。利用场发射扫描电子显微镜、红外光谱仪、孔径分析仪、接触角测量仪器等表征了改性前后复合膜表面形貌、官能团变化、孔径分布及润湿性等膜性能参数并将其应用于连续性直接接触式膜蒸馏盐浓缩过程。结果表明,静电纺丝复合膜呈三维空间网状结构,且利用正硅酸乙酯生成的纳米二氧化硅颗粒内陷于醋酸纤维素纤维内部形成微米-纳米梯级分布。经全氟烷基硅烷修饰后,红外特征峰明显,复合膜水接触角最高可达156°,且对质量分数为5%的十二烷基硫酸钠液滴也同时展示出优良的抗润湿性能(接触角125°)。以60℃、35 g·L~(-1)的NaCl溶液为进料液进行持续性直接接触式膜蒸馏脱盐实验,当渗透温度为20℃时,各复合膜盐截留率均能达到99.99%以上,其中,CA/SiNPsFAS膜通量可稳定在11.2 kg·(m~2·h)~(-1)。     

PVDF/PEI-EDA亲疏水复合膜的制备及其抗污染性能

为解决疏水性污染物对膜的污染问题,利用静电纺丝的方法制备了具有抗污染性能的聚偏氟乙烯/聚醚酰亚胺-乙二胺(PVDF/PEI-EDA)亲疏水复合膜,对其进行了表征;以含疏水性污染物(油污)的Na Cl水溶液作为进料溶液进行了直接接触式膜蒸馏脱盐和抗污染实验,并与商业的PVDF疏水膜进行了对比。结果表明,复合膜厚度为340μm,平均孔径0.677μm,孔隙率72.4%;膜表面呈纳米纤维状,具有明显的酰胺基团,膜表面在空气中水接触角为5.6°,在水相中的油接触角为143°。复合膜蒸馏运行稳定,脱盐、抗污染膜蒸馏平均通量分别为5.5、4 kg/(m~2·h),可以有效的防止疏水性污染物(油污)的污染。而商业的PVDF疏水膜膜蒸馏过程不能维持稳定运行。     

阻垢剂对海水淡化膜蒸馏试验的影响

采用直接接触式膜蒸馏技术进行海水淡化试验研究。在海水温度为55℃,循环水温度为20℃的条件下,考察了不同阻垢剂用量对膜蒸馏海水淡化的影响、工艺连续运行过程中膜通量和产水电导率随时间的变化情况,确定了膜蒸馏过程稳定运行的最优浓缩倍率。结果表明,阻垢剂的加入可明显提高淡水的产水率,产水率可达到85%以上,减少了高盐度海水浓缩液的排放,膜通量稳定,产水水质好,其电导率不超过10μS/cm,膜蒸馏海水淡化具有一定的技术可行性和可操作性。