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面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

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城市環境所在聚胺基耐酸納濾膜制備研究方面獲進展

2021-12-29 城市環境研究所
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語音播報

  納濾(NF)是一種性能出色的壓力驅動型膜分離工藝,已廣泛應用于水軟化、飲用水凈化和廢水資源化。它還在采礦、冶金、印染等工業流體分離領域中占據重要地位,而其中一些應用場景涉及酸性環境。在長期運行過程中,由于酸會腐蝕傳統納濾膜材料的結構,改變物理化學特性,從而導致膜性能下降。近年來聚酰胺/聚胺TFC膜在高pH條件下顯示出良好的化學穩定性,但在高壓操作條件下分離性能低,在實際應用過程中面對強酸、高濃度酸或高溫等苛刻運行條件下缺乏長期穩定性驗證。

  針對上述問題,中國科學院城市環境研究所研究員張凱松團隊通過在界面聚合過程中引入催化劑1,4-苯羧酸(也稱為對苯二甲酸,TPA),制備出高性能耐酸納濾膜。在強酸、高濃度酸和高溫條件下,該膜具有更強的結構穩定性,同時也能改善膜的滲透性和分離性能。該聚胺基耐酸納濾膜具有高達12.8 Lm-2h-1 bar-1的膜通量,同時對不同鹽溶液具有高截留率,甚至在強酸和高溫條件下表現出良好的耐酸穩定性。在高達80℃溫度下暴露于H2SO4和HNO3酸溶液長達720小時,聚胺基耐酸納濾膜的通量增加,其截留率只有些許下降。在長時間脫鹽穩定性測試中,聚胺基耐酸納濾膜MgCl2截留率略微降低,表現出比較好的穩定性。在CuSO4/H2SO4混合溶液納濾測試也顯示出良好的滲透選擇性。聚胺基耐酸納濾膜在特種流體分離和酸回收過程中具有良好的應用前景。

  研究團隊進一步研究了TPA在界面聚合過程中的作用機制。將更高濃度的TPA分子直接摻入到BPEI溶液中(作為添加劑/共聚單體)來制備水相溶液,該過程進一步增強了TPA分子在IP反應過程中的直接參與,對耐酸膜的形態、化學和功能組成、親水性、表面電荷和分離性能進行了系統研究。TPA的摻入進一步增強親水性、表面電荷和熱穩定性,納濾膜純水通量為14.1 Lm-2h-1bar-1,與對照TFC膜相比提高了60%,MgCl2截留率為96.7%,暴露于酸環境中60天后性能穩定,顯示出良好的耐酸性。

  該研究得到科學技術部國家重點研發計劃,中科院前沿科學與教育局、國際合作局、CAS-CSIRO重點項目資助。研究成果以High performance polyamine-based acid-resistant nanofiltration membranes catalyzed with 1,4-benzenecarboxylic acid in interfacial cross-linking polymerization processPolyamine-based thin-film composite nanofiltration membrane embedded with catalytic chemical additive for enhanced separation performance and acid stability發表在Journal of Membrane Science。

  論文鏈接:1、2

TPA-BPEI/CC NF膜制備示意圖

多胺基耐酸膜與對照TFC NF膜制備過程

打印 責任編輯:江澄

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