聚砜-聚酰胺正渗透复合膜的制备及性能优化

采用相转化的方法制备聚砜支撑层,在其表面进行界面聚合得到聚砜-聚酰胺正渗透复合膜。系统研究了聚砜浓度、溶剂比例、支撑层厚度对膜性能的影响,并且优化了测试条件(如:膜面流速、错流方向、原料液温度以及驱动液浓度)。结果表明,在聚砜含量为w=12%、NMP与DMF质量比为3∶1、刮膜厚度为150μm、膜面流速为2.47 cm/s、反向错流方式下,聚砜-聚酰胺正渗透膜性能为:FO模式下,水通量为12.69 L/(m~2·h),反向盐通量为5.55 g/(m~2·h);PRO模式下,水通量为21.48 L/(m~2·h),反向盐通量为9.18 g/(m~2·h)。此外,原料液温度升高和驱动液浓度增加有利于提高膜的性能。正渗透复合膜的形貌和表面粗糙度通过SEM和AFM进行表征。     

聚氯乙烯与聚醚砜共混平板膜的研究

采用剪切黏度法、稀溶液黏度法对聚氯乙烯(PVC)/聚醚砜(PES)共混体系的相容性进行了研究。然后采用液-固相转化法制备了PVC/PES共混膜,并对共混膜的性能进行表征。PVC/PES共混体系为部分相容体系;稀溶液黏度测试结果和共混膜断面的电镜扫描(SEM)图表明,共混比为9/1,8/2,7/3,2/8及1/9时,共混体系是相容的。膜性能测试结果表明,PES的加入可以明显提高PVC膜的水通量、拉伸强度和韧性。通过对水通量和机械性能的比较,共混比为7/3时,膜的水通量和机械性能比较好。     

新型PEI/PAA复合正渗透膜的制备及性能表征

采用聚乙烯亚胺(PEI)和聚丙烯酸(PAA)分别作为聚阴阳电解质,间苯二胺(MPD)与均苯三甲酰氯(TMC)分别为水相和油相单体,依次采用层层自组装(LBL)和界面聚合的方法对聚丙烯腈(PAN)基膜进行改性,探究层层自组装和界面聚合条件对膜性能的影响,并制备新型复合正渗透膜.得出最佳制备条件为:PAA与PEI的沉积时间为10 min,浓度为1 g·L~(-1),pH分别为9和3,支撑盐浓度为1.5 mol·L~(-1),MPD浓度为20 g·L~(-1),水相沉积时间为2 min,TMC浓度为1 g·L~(-1),界面聚合反应时间为60 s,聚电解质层数为2层,在此条件下制得的复合正渗透膜性能优良.以去离子水作为原液,1 mol·L~(-1) NaCl作为汲取液,水通量最高可达26.12 L·m~(-2)·h~(-1),反向盐通量为13.08 g·m~(-2)·h~(-1),与基膜相比,复合膜的亲水性能明显提高,抗污染性能提高,为正渗透膜的制备提供了新的方法和思路.     

正渗透处理生活污水过程中的膜污染研究

采用海水为驱动液,研究了正渗透处理生活污水过程中的通量变化和膜污染行为.结果表明,采用分离层朝向原料液(AL-FS)的膜过滤方向可以降低膜污染程度,并获得稳定的通量.长时间(144h)的运行下膜两侧均出现不同程度的污染.膜污染分析显示支撑层的污染程度较低.但海水中的硅酸盐可能在其表面形成沉积物.相比之下,分离层形成了厚的污染层,主要是由污水中的物质如有机物、微生物、胶体类、盐类等沉积在膜表面造成,是通量降低的主要原因.正渗透膜对营养物质具有高的截留率,运行结束后海水的总有机碳、氨氮和总磷含量为2.49,2.40,0.05mg/L.说明正渗透采用海水为驱动液处理生活污水具有一定的应用前景.     

聚砜膜制备及正渗透处理酸性矿井水试验研究

采用正渗透(FO)工艺处理酸性矿井水(AMD),以NaCl为原料液、MgCl2为汲取液,研究了汲取液浓度、膜取向、流速等操作条件对正渗透水通量及反向溶质扩散的影响。结果表明:FO对AMD中的Al3+、Fe2+、Cu2+、Zn2+等金属离子的截留率分别达到99.8%、100%、98.9%和99.5%,硫酸盐的截留率达到97.5%;采用纳滤工艺回收正渗透汲取液,对于Mg2+的截留率达到73.3%。     

正渗透去除地表水中DOM的效能研究

采用经砂滤处理后的滆湖水作为原料液,氯化钠溶液作为汲取液,在不同影响因素条件下进行正渗透试验,并对试验后的膜片进行清洗,探究膜污染的可逆性.结果表明:提高汲取液浓度、运行温度及膜面流速均可有效增加膜通量;正渗透对滆湖水体中的溶解性微生物代谢产物、类色氨酸、类富里酸和腐殖酸四种主要DOM成分均有较好的去除效果,DOC、UV₂₅₄截留率均在96%以上;短期运行通过水力清洗几乎可以完全恢复膜通量,而长期运行通过超声清洗可以基本恢复全部膜通量,通过分析膜清洗液可知造成膜污染的主要物质为类色氨酸类和类富里酸类物质.     

磁场对静态纳滤过程的膜通量及CaCO3结晶的影响

使用NF270型和NF型纳滤膜研究了经磁化预处理的钙溶液的静态纳滤过程,并与未经磁化预处理钙溶液的静态纳滤结果相比较.结果表明,当水样中Ca²⁺ 浓度为3.6 mmol/L,硬度等于碱度,初始水样体积为300 mL,体积浓缩倍数为2时,普通溶液的膜通量随滤出液体积呈现单调递减趋势;但处理磁化溶液时,膜通量随滤出液的体积先下降后上升,然后才下降,且平均膜通量比普通溶液的高,表明磁化预处理可以改善纳滤膜的部分操作性能.对膜的扫描电镜分析表明,处理磁化溶液的纳滤膜膜面上生成的晶体相对较多.综合纳滤膜通量和膜面晶体生成量的观察,认为磁场的引入可使膜表面结晶速率增加,致使膜面溶质浓度降低,通量上升,同时因生成的晶体全部留在膜面上,运行一段时间后有效膜面积减少,又导致通量下降.晶体生成量较多的膜,通量却相对较高,这与平常对膜污染的认识相矛盾.通过对结晶过程的理论分析,认为一定程度的结晶对膜操作性能有改善作用.     

城市污水二级出水超滤膜污染与膜特性的研究

以城市污水二级出水为过滤介质,考察了PVA、PVP、PMMA等与PVDF的二元及三元共混超滤膜的过滤污染行为.结果表明,共混优化了PVDF超滤膜的结构参数,添加剂PVP、PVA可有效改善膜的亲水化程度,提高膜渗透通量.超滤膜的亲水性和结构特性对膜抗污染性能影响较大;堵孔阻力是二级出水过滤膜污染不可逆的主要原因.亲水性较强的超滤膜,二级出水过滤初期易因浓差极化而导致滤饼层污染,造成一定的通量衰减,但易清洗恢复,不可逆污染指数(rir)为0,抗污染性能好.致密的超滤膜表面有利于防止二级出水中的中低分子量污染物进入膜内部,而断面通透大孔和疏松海绵层结构的超滤膜,能减少二级出水中的污染物在膜中沉积形成堵孔阻力.膜表面多孔,内部大孔发育不充分,易形成堵孔污染,通量衰减大且不易清洗恢复,膜污染不可逆.     

水力条件对PRO工艺效能影响及膜污染机理

研究以单宁酸和海藻酸钠为模型污染物,考察了有效渗透压差、汲取液侧操作压力、错流剪切力等水力条件对压力阻尼渗透工艺效能的影响,并利用XDLVO理论分析了膜污染机理.结果表明,相比海藻酸钠,单宁酸主要吸附在膜的多孔支撑层内部,造成的膜污染更为严重.当PRO过滤单宁酸时,较高的有效渗透压差和较大的错流剪切力提高了PRO工艺的水通量和功率密度水平,同时加重了膜污染,但是PRO膜对单宁酸的截留率均在85%以上.汲取液侧施加较高的操作压力,一方面减小了有效渗透压差,降低了水通量水平;另一方面提高了功率密度水平并缓解了膜污染,当操作压力从1bar增至4bar时,初始水通量降至10.5L/m2h,而产能提高了200%.XDLVO计算结果表明,单宁酸的界面自由能更高,更容易相互聚合并粘附在PRO膜上,结合水力条件的影响,其造成的通量损失比海藻酸钠更严重.     

正渗透微生物燃料电池反向溶质通量和膜污染控制技术研究进展

正渗透微生物燃料电池（OsMFC）采用正渗透（FO）膜代替传统微生物燃料电池（MFC）中的质子交换膜,可以在回收生物电的同时借助FO膜对原料液即阳极污水进行处理并提取高质量水,该技术受到广泛关注。与传统MFC相比,OsMFC在产电性能和出水水质方面均有提升。但是,FO膜的引入使得OsMFC系统反向溶质扩散和膜污染等问题十分突出,进而导致FO膜的水通量降低,OsMFC的产电和产水性能下降,限制了OsMFC的发展和应用。随着近年来材料和生物等领域的不断发展,上述问题可以通过合理的技术手段解决。从优化OsMFC性能出发,重点从反向溶质通量（RSF）控制和膜污染控制2个方面对近几年的研究进行分析和总结,主要包括通过膜材料的选择、汲取液的选择和OsMFC系统内产电对RSF进行抑制,以及通过膜污染形成机制、膜污染的技术调控、膜污染清洗、膜材料的改性和阳极微生物的筛选与培养对膜污染进行控制,并对未来OsMFC的RSF和膜污染的控制技术进行了展望。