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金属离子改性聚酰胺纳滤膜取得新进展!薛立新研究员团队在《Desalination》上发表最新研究成果

发表日期:2023-03-27 14:16文章编辑:国初科技浏览次数: 标签:    

浙江工业大学3月22日讯:近日,浙江工业大学薛立新研究员团队在《Desalination》(IF 11.21)发表题为“Structures and performance of alcohol activated thin film composite polyamide (TFC-PA) nanofiltration (NF) membranes prepared with and without Co(II) modulation”的研究论文。2019级硕士研究生张秀敏为第一作者,薛立新研究员为通讯作者。

在这项工作中,研究了用50%醇溶液活化的TFC-Co和TFC膜的结构和NF性能。甲醇和乙二醇溶液的活化使水通量增加了2-4倍,而没有抵消盐排斥,而丙三醇溶液的活化则使水通量提高了3-4倍,盐排斥降低,染料/盐保留选择性增加。

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图1 活化PA-NF膜的过滤性能:(a)TFC膜的通量和Na2SO4截留率;(b)TFC-Co膜的通量和Na2SO4截留率;(c)甘油活化的染料排斥;(d)甘油活化膜的分离选择性。

用甲醇、乙二醇和甘油溶液活化后,TFC-Co膜的Stokes半径分别从0.77nm变为0.66、0.78和0.92nm,而TFC膜的Stoke半径分别从0.54nm变为0.55、0.65和0.70nm。为了更好地理解醇的活化动力学,进行了纯液体吸收实验,并研究了TFC和TFC-Co膜在纯水、甲醇、乙二醇和甘油中不同时间的重量增加。它们的单位面积液体吸收体积(Vs)与时间的1/2(t1/2)曲线如图2所示。根据Washburn、Escardino和Ge (WEG Model)开发的毛细管液体吸收模型(WEG模型),活化膜的孔径ri的变化可以通过以下方程来计算:ri = (Ki/K0)2/3 r0

TFC吸水过程的Vs-t1/2曲线在饱和前呈Z字形,包含斜率为K0的初始表面孔隙渗透阶段、斜率为Krx的孔隙松弛阶段和斜率为Kex的孔隙膨胀阶段,表明毛细管孔隙半径在2分钟内从初始的0.54nm变为0.31 nm,然后在饱和前4分钟膨胀至1.86 nm。在30分钟时,当水开始渗透到膨胀的TFC-PA基质的侧通路小毛细管孔(raj = 0.17nm)中时,吸收能力也有正的调节。基于WEG模型,将这种吸收动力学定义为图3中所示的A型毛细管填充模型。

TFC和TFC-Co膜的醇活化Vs-t1/2曲线如图所示。图2b和c表明,醇吸收过程也包括初始表面孔隙填充,然后是膨胀孔隙填充、松弛孔隙填充和调节孔隙填充阶段,填充斜率分别为K0、Kex、Krx和Kaj。这些阶段由相应的孔隙膨胀Tex、孔隙松弛Trx和孔隙调节Taj的转折点分开。活化曲线还显示了调整孔隙填充之前(ts)和调整孔隙填充过程之后(ts)的饱和转折点。

TFC-Co膜吸水过程的Vs-t1/2曲线在饱和前的前3分钟显示为一条直线,斜率为K0,表示孔隙半径没有变化。(r0 = 0.77 nm)。随后,当水在45分钟时开始渗透到膨胀的TFC-PA基质的侧径微小毛细管孔(raj = 0.16nm)中时,吸收能力发生了正调节,斜率Kaj小得多。基于上述WEG模型,这种吸收动力学可以定义为B型毛细管填充模型,如图3所示。(本刊有删节)详情见浙江工业大学官网

本工作得到了国家自然科学基金(NSFC-21975222和NSFC-U1809213)的支持。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001191642200697X

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