原位界面聚合与NIPS法耦合制备CTA FO膜及其应用

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以渗透压差为驱动力的正渗透(FO)膜因能耗低、膜污染低等优点,在水处理、发电、生命科学等领域有较大的应用前景。三醋酸纤维素(CTA)作为一种绿色环保、廉价易得的膜材料,所制备的FO膜有良好的亲水性、耐氯性和热稳定性。  本研究主要内容包括:⑴以CTA为膜材料,采用原位界面聚合与非溶剂致相分离(NIPS)法耦合过程制备FO平板膜,即将均苯三甲酰氯(TMC)直接加入到CTA铸膜液中,用间苯二胺(MPD)溶液作为凝胶浴,使凝胶成膜过程和界面聚合同时发生。通过改变凝胶浴中MPD的浓度进行FO膜性能优化。XPS和EDS结果证明,凝胶过程中有聚酰胺活性层在膜表面生成,且聚酰胺随凝胶浴中MPD浓度的增加而增多。此外,凝胶浴中MPD浓度增加,CTA平板膜在FO模式和PRO模式下的水通量Jw增加,盐反扩散通量Js降低,两者比值Js/Jw不断降低。当凝胶浴中MPD为1wt%时,CTA平板膜的通量最大。用1 mol/L氯化钠为汲取液表征时,FO模式8.2 LMH,PRO模式9.7 LMH。结构参数S也是随MPD含量增加逐渐降低,S值最小为3.96 mm。⑵采用NIPS法制备了CTA平板膜。铸膜液中TMC增加,孔隙率和通量都随之增大。TMC含量为1wt%时,CTA膜的孔隙率最大为63.78%,FO模式和PRO模式下的水通量也最大分别为29.8LMH和43.4 LMH。在保持TMC含量为1wt%时,研究了膜厚度对CTA平板膜的性能影响。结果表明,膜厚度从20μm逐渐增加到50μm,氯化钠截留率从10%增加到78%,FO模式和PRO模式下的水通量Js和盐反扩散通量Jw不断降低,但两者比值Js/Jw也不断降低到小于1。此时,两种模式下水通量分别为FO模式10.8 LMH,PRO模式12.2LMH。⑶表征了CTA平板膜在海水淡化中的应用性能。当以2 mol/L氯化钠为汲取液时,CTA平板膜在海水淡化时的水通量为PRO模式13.1 LMH,FO模式10.8 LMH。测试过程中,前两个小时膜通量下降较快,后来下降速度趋于平缓。同时,用牛血清蛋白测试了CTA平板膜的耐污染性能。结果表明,CTA膜被牛血清蛋白污染后,膜通量降低。用去离子水冲洗被污染的膜,可恢复到膜初始通量。
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