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反渗透技术因其在咸水和海水淡化中的广泛应用而受到广泛关注。由致密分离层和多孔支撑层组成的复合膜(TFC)聚酰胺(PA)反渗透膜是该领域的主导产品。然而,相对较低的PA反渗透膜的渗透性选择性和TFC反渗透膜的膜污染限制了TFC PA反渗透膜的广泛应用。


纳米复合膜的合成已被证明是一种结合聚合物和无机纳米材料优点的优良技术。通过调整反渗透膜的组成和结构,可以提高反渗透膜的天然性能。例如,水滑石(HT)分散在水溶液中,在界面聚合阶段将其引入到PA基质中,构建水的转运通道。

得到的膜具有高的极性选择性,在不牺牲盐排斥的情况下提高了水通量。此外,膜改性(包括纳米颗粒掺入、表面涂层和接枝)已被证明是一种有效的防止生物污染的方法。其中,将抗生物污染剂接枝到PA基质中的纳米颗粒上可以在不破坏PA基质的情况下赋予反渗透膜抗生物污染的性能。


HT纳米颗粒中含有丰富的羟基,羟基可以与硅烷偶联剂中的硅氧烷反应,实现抗生物垢接枝。因此,将高温纳米粒子作为PA层的掺杂剂,在膜表面接枝含有抗生物污染官能团的硅烷偶联剂,可以获得具有高选择性和抗生物污染性能的新型TFC反渗透膜。


海水淡化与综合利用研究所王健教授、山东科技大学马准教授,来自海水淡化与综合利用研究所的田新霞博士及其团队成员,通过同时提高原有的选择性电极性能和抗生物污染性能,共同开发出了性能持久稳定的新型反渗透膜。

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他们的工作极大地提高了TFC PA反渗透膜的性能,为未来海水淡化提供了有价值的技术指导。这项研究发表在《环境科学与工程前沿》杂志上。


在本研究中,Mg-Al-CO3 HT纳米颗粒通过分散在有机溶液中,在界面聚合过程中加入到PA层中。HT掺入具有增强水通量和作为接枝位点的双重作用。HT的加入提高了水通量,但不牺牲弃盐,弥补了后续接枝反应造成的损失。HT的暴露表面作为抗生物污染剂二甲十烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵(DMOT-PAC)的接枝点。

HT的加入和DMOTPAC的接枝使反渗透膜具有高的高温选择性和抗生物污染性能。PA-HT-0.06膜的水通量为49.8 L/m2•h,比原始膜的水通量高16.4%。PA-HT-0.06的除盐率为99.1%,与原始膜的除盐率相当。对于带负电荷溶菌酶的污染,改性膜的水通量回收率高于原始膜(PA-HT-0.06的86.8%高于pa -原始膜的78.2%)。PA-HT-0.06对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的杀菌率分别为97.3%和98.7%。


本研究首次报道了DMOTPAC与HT纳米颗粒之间形成共价键并嵌入PA基质,从而获得具有高选择性和抗生物污染性能的反渗透膜。纳米颗粒的整合和官能团的接枝为反渗透膜的高选择性和抗生物污染性能的发展提供了条件。


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