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2021-12-30
颗粒在线讯：纳滤（NF）是一种性能出色的压力驱动型膜分离工艺，已广泛应用于水软化、饮用水净化和废水资源化。它还在采矿、冶金、印染等工业流体分离领域中占据重要地位，而其中一些应用场景涉及酸性环境。在长期运行过程中，由于酸会腐蚀传统纳滤膜材料的结构，改变物理化学特性，从而导致膜性能下降。近年来聚酰胺/聚胺TFC膜在高pH条件下显示出良好的化学稳定性，但在高压操作条件下分离性能低，在实际应用过程中面对强酸、高浓度酸或高温等苛刻运行条件下缺乏长期稳定性验证。
针对上述问题，中国科学院城市环境研究所研究员张凯松团队通过在界面聚合过程中引入催化剂1,4-苯羧酸（也称为对苯二甲酸，TPA），制备出高性能耐酸纳滤膜。在强酸、高浓度酸和高温条件下，该膜具有更强的结构稳定性，同时也能改善膜的渗透性和分离性能。该聚胺基耐酸纳滤膜具有高达12.8 Lm-2h-1 bar-1的膜通量，同时对不同盐溶液具有高截留率，甚至在强酸和高温条件下表现出良好的耐酸稳定性。在高达80℃温度下暴露于H2SO4和HNO3酸溶液长达720小时，聚胺基耐酸纳滤膜的通量增加，其截留率只有些许下降。在长时间脱盐稳定性测试中，聚胺基耐酸纳滤膜MgCl2截留率略微降低，表现出比较好的稳定性。在CuSO4/H2SO4混合溶液纳滤测试也显示出良好的渗透选择性。聚胺基耐酸纳滤膜在特种流体分离和酸回收过程中具有良好的应用前景。
研究团队进一步研究了TPA在界面聚合过程中的作用机制。将更高浓度的TPA分子直接掺入到BPEI溶液中（作为添加剂/共聚单体）来制备水相溶液，该过程进一步增强了TPA分子在IP反应过程中的直接参与，对耐酸膜的形态、化学和功能组成、亲水性、表面电荷和分离性能进行了系统研究。TPA的掺入进一步增强亲水性、表面电荷和热稳定性，纳滤膜纯水通量为14.1 Lm-2h-1bar-1，与对照TFC膜相比提高了60%，MgCl2截留率为96.7%，暴露于酸环境中60天后性能稳定，显示出良好的耐酸性。
该研究得到科学技术部国家重点研发计划，中科院前沿科学与教育局、国际合作局、CAS-CSIRO重点项目资助。研究成果以High performance polyamine-based acid-resistant nanofiltration membranes catalyzed with 1,4-benzenecarboxylic acid in interfacial cross-linking polymerization process和Polyamine-based thin-film composite nanofiltration membrane embedded with catalytic chemical additive for enhanced separation performance and acid stability为题发表在Journal of Membrane Science上。
TPA-BPEI/CC NF膜制备示意图
多胺基耐酸膜与对照TFC NF膜制备过程
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