背景介紹
水資源短缺問題日益嚴峻,納濾(NF)膜在水處理領域的重要性愈發(fā)凸顯。然而,傳統(tǒng)聚酰胺(PA)基NF膜在實際應用中面臨著滲透性與選擇性相互制約的困境。為突破這一瓶頸,湖南科技大學周虎教授團隊創(chuàng)新性地提出了一種基于KCl晶體模板犧牲法的NF膜制備策略。通過引入β-CD修飾的透明質(zhì)酸鈉(HA-CD)誘導KCl晶體在膜表面生長形成規(guī)則的針葉狀結(jié)構(gòu),同時調(diào)控界面聚合(IP)反應,優(yōu)化PA分離層的結(jié)構(gòu),使其厚度減小且孔徑分布更加集中,從而在提升滲透性的同時確保了膜的選擇性。

圖1. 晶體模板犧牲法制備具有針葉狀結(jié)構(gòu)的PA NF膜示意圖
本文亮點
該研究通過優(yōu)化KCl濃度和熱處理溫度,成功制備出兼具滲透性與選擇性雙重優(yōu)勢的PA NF膜。實驗發(fā)現(xiàn),隨著KCl濃度的增加,膜表面粗糙度逐漸增大,有效滲透面積隨之提升,但濃度過高會導致 KCl 晶粒過大,破壞膜的選擇層結(jié)構(gòu)。熱處理溫度的升高則會使 PA 分離層的交聯(lián)度增加,膜結(jié)構(gòu)變得更加致密,雖有利于提升截留率,但卻降低了滲透性。此外,HA-CD的加入還增強了膜表面的親水性和負電性,進一步優(yōu)化了膜的分離性能。優(yōu)化后的TFC NF膜對一/二價鹽(NaCl/Na?SO?)的分離系數(shù)高達97.8,水滲透性達到14.6 LMH·bar?1。并且在144小時的長期運行測試中,所制備的NF膜的滲透性僅下降約23%,展現(xiàn)出優(yōu)越的分離穩(wěn)定性。

圖2. 具有針葉狀結(jié)構(gòu)的聚酰胺納濾膜表面形貌及厚度變化示意圖

圖3. 聚酰胺納濾膜的分離性能結(jié)果
總結(jié)與展望
綜上所述,本研究通過KCl晶體模板犧牲法和HA-CD調(diào)控IP反應的新型PA基NF膜制備策略,不僅為解決傳統(tǒng)NF膜的選擇性與滲透性權(quán)衡問題提供了新思路,而且在工業(yè)廢水濃縮預處理等領域具有廣闊的應用前景,有望有效降低水處理成本和能耗。該工作得到了國家自然科學基金等項目的資助,湖南科技大學化學化工學院朱博博士為第一作者兼通訊作者,曾樂林副教授和周虎教授為共同通訊作者。
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