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。

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