聚酰胺复合纳滤膜的表面改性研究与应用

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纳滤膜作为一种压力驱动的新型分离技术,已广泛而有效的应用于能源、环境、医药、食品、石油化工、海水淡化等领域。常见的高分子膜材料一般很难同时满足成膜性、分离性能、稳定性和经济成本等方面的需求,因此往往采用物理或化学表面改性的手段来改善纳滤膜的性能使其满足实际应用需要。本文基于课题组前期研究的聚酰胺复合纳滤膜,采取界面聚合和浸渍涂覆的方法,对纳滤膜的渗透通量和对Mg2+/Li+的选择性加以改进。本文的研究内容主要由以下两部分工作组成:(1)选择聚醚酰亚胺(PEI)超滤膜作为支撑层,选择乙二胺(EDA)为交联剂和均苯三甲酰氯(TMC)反应制备出聚酰胺复合纳滤膜;选择哌嗪(PIP)等二元胺对该聚酰胺复合纳滤膜进行表面改性,比较了不同结构二元胺分子对膜纯水通量的影响,考察了PIP和TMC浓度对膜性能的影响,最优条件下经PIP改性的复合纳滤膜对10 g/L的葡萄糖水溶液的通量和截留率分别为38.3 L/(m2 h)和90%。对不同无机盐的截留顺序为:MgSO4(97.4%)>Na2SO4(97.3%)>MgCl2(73.9%)>NaCl(52.4%),显示荷负电纳滤膜的特性。对海藻酸钠(SA)与牛血清蛋白(BSA)的通量回复率均在85%以上,显示了良好的耐污染能力。(2)以多氨基聚合物枝化聚乙烯亚胺(BPEI)作为反应单体对膜表面进行改性得到了荷正电的复合纳滤膜,并引入能选择性螯合Mg2+的乙二胺四乙酸二钠(EDTA),结合Donnan效应和螯合作用,提高复合纳滤膜对模拟盐湖卤水的镁锂混合溶液的选择性分离能力。通过对BPEI和EDTA用量的优化,对组成为CMg2+=2.4 g/L,Mg2+/Li+质量比为24的模拟卤水的分离因子SLi,Mg可达9.2(操作压力1.0MPa)。经过12 h的稳定性测试并未出现渗透通量和分离因子的大幅下降,同时测试后的膜表面元素组成中出现Mg,证明EDTA在复合膜表面以稳定形式存在。
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