近日,城市水资源与水环境国家重点实验室成员、哈尔滨工业大学(威海)程喜全副教授研究团队提出一种聚酰胺纳滤膜孔径精细调节策略,制备出两种性能优异纳滤膜,并分别针对染料废水和重金属污染废水展现出优异的分离性能。该项策略在原界面聚合体系中加入哌嗪单体或者对苯二甲酰氯单体,通过调节交联孔尺寸与纳滤膜表面电荷,实现分离效率优化,获得性能优异纳滤膜。
图1 嵌入不同结构调节剂后聚酰胺层的化学结构
PIP的加入增大了交联网络的间距,极大地提高了其纯水渗透通量(23.70 L m-2 h-1 bar-1),对染料的截留率高达98%;TPC的加入可以精细调整交联网络结构,缩小膜孔径分布。其对PbCl2的截留率大于98%,相应的渗透通量为6.36 L m-2 h-1 bar-1。所制备的PEI/TMC-TPC膜和PEI-PIP/TMC膜均良好长期稳定性和防污性能,分离性能明显优于商用聚酰胺纳滤膜和大多数聚酰胺膜。
图2 (a)三种复合NF膜的孔径分布;(b)三种复合NF膜的纯水渗透率;(c)PEI-PIP/TMC膜对不同染料的截留率;(d)PEI/TMC-TPC膜对不同离子的截留率;性能对比图:PA膜(e)对MO染料的分离;(f)PA膜对PbCl2的分离
图3 PEI/TMC,PEI-PIP/TMC,PEI/TMC-TPC膜抗腐殖酸污染:(a)三循环测试;(b)膜通量归一化曲线
进一步优化了分离条件对膜性能影响,研究表明PEI-PIP/TMC疏松纳滤膜膜在5 bar的工作压力,25℃的工作温度,18mL min-1的流速条件下对小分子染料的去除率高达98%以上,同时具有出色的渗透性(23.70 L-1 m-2 h-1 bar-1)。PEI/TMC-TPC致密膜在7 bar的工作压力,25℃的工作温度,18 mL min-1的流速的条件下,对废水中的PbCl2截留率大于98%,通量大于40 L m-2 h-1。更重要的是,所制备的膜可以高效地处理具有多种特征的污染物,在大规模回收具有高性能的有害污染物方面显示出巨大的潜力。
图4 操作条件对PEI-PIP/TMC膜分离甲基橙染料性能的影响:(a)过滤压力;(b)系统温度;(c)原料的流速;(d)进料浓度;(e)PEI-PIP/TMC膜的长期性能
图5 操作条件对PEI/TMC-TPC膜分离PbCl2溶液性能的影响:(a)过滤压力;(b)系统温度;(c)原料的流速;(d)进料浓度;(e)PEI/TMC-TPC膜的长期性能
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127976
作者介绍:
程喜全副教授链接:http://homepage.hit.edu.cn/chengxiquan
王凯副教授链接:http://homepage.hit.edu.cn/wangkaihit
张瑛洁教授链接:http://yjsc.hitwh.edu.cn/2017/0519/c1096a41260/page.htm
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