【摘 要】
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正渗透(FO)技术是利用膜两侧的渗透压差作为驱动力,实现原料液侧的溶剂渗透到驱动液侧,而溶质被截留的膜过程。FO过程无需外压、膜污染趋势低,截留效果好等优点;目前已在高盐、高污染废水处理、海水淡化、果汁浓缩、医药分离等行业得到应用。FO过程的核心是高性能FO膜,其商业化FO膜目前为:醋酸纤维素(CTA)非对称膜和聚砜-聚酰胺(PA-PSf)复合膜(TFC)。但受限于支撑层中的内浓差极化(ICP)现
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正渗透(FO)技术是利用膜两侧的渗透压差作为驱动力,实现原料液侧的溶剂渗透到驱动液侧,而溶质被截留的膜过程。FO过程无需外压、膜污染趋势低,截留效果好等优点;目前已在高盐、高污染废水处理、海水淡化、果汁浓缩、医药分离等行业得到应用。FO过程的核心是高性能FO膜,其商业化FO膜目前为:醋酸纤维素(CTA)非对称膜和聚砜-聚酰胺(PA-PSf)复合膜(TFC)。但受限于支撑层中的内浓差极化(ICP)现象,较理论水通量商业化FO膜的性能较低。ICP现象主要受限于支撑层的亲水性、孔隙率、厚度和曲折度等因数影响。针对这些问题,本论文提出利用类水滑石(LDHs)纳米颗粒改性PSf支撑层,用于减小ICP现象。首先,利用LDHs纳米颗粒具有亲水性、维度易调控的特点,将不同维度的LDHs纳米颗粒与PSf共混,再通过相转化的方法制备PSf/LDHs支撑层,在支撑层表面进行界面聚合制备PA活性层,即TFN膜。详细研究了LDHs的维度对支撑层结构和理化性质的影响,发现不同维度的LDHs纳米颗粒对膜性能均有促进。在三种维度的LDHs纳米颗粒,3D花瓣状LDHs纳米颗粒对促进水通量和减缓ICP作用明显;其TFN/LDH-F3膜的水通量(PRO模式)提高了52.7%,且特定盐通量(Js/Jw)保持在0.22 g L-1。为了进一步促进支撑层的孔隙率和孔的连通性,在上述研究的基础上,利用LDHs纳米颗粒易溶于盐酸的特点,将3D LDHs纳米颗粒作为牺牲模板,通过盐酸洗涤去除支撑层中的LDHs纳米颗粒,洗涤后促进了支撑层的总体和表面孔隙率、大孔结构以及孔的连通性,有利于降低ICP现象。同时,支撑层表面结构的变化使得制备的PA层更薄更平滑。所得到的TFN7.5-HCl的水通量达到了较高的20.1(FO模式)和47.2 L m-2 h-1(PRO模式),其Na Cl的截留率仍保持在88%以上。另外,基于溶解-扩散模型,对脱盐膜进行了水渗透性和水-盐的选择性评价,发现LDHs模板法显著促进了TFN7.5-HCl膜的水渗透性和水-盐的选择性,其TFN7.5-HCl膜所表现的水渗透性和水-盐的选择性突破了脱盐膜的目标上限。综上所述,本论文充分论证了LDHs纳米颗粒改性TFC膜的优势,为无机纳米颗粒改性TFC膜提供了新的思路。
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