模板剂对反渗透复合膜性能的影响

模板剂对反渗透复合膜性能的影响

模型剂的概念最早是在。1实验部分1.1聚二胺tmc苯磺酸钠：97%；四乙基氯化铵：98%；β-环糊精：98%；聚砜超滤底膜；间苯二胺（MPD）；均苯三甲酰氯（TMC);IsoparG异构烷烃溶剂；纯水。1.2复合膜的制备模板剂导向作用RO复合膜是通过界面聚合制备的，其主要步骤包括：1）界面聚合过程中水相溶液配制：水相溶液中间苯二胺质量分数固定为1.5%、模板剂质量分数0～5%、NaOH为吸酸剂；2）油相溶液配置：油相溶液中TMC质量分数为0.15%（油相为IsoparG）、待TMC完全溶解后静置待用；3）复合膜的制备：先将静置好的水相均匀的涂覆在聚砜底膜上，静置一段时间后倒出多余水相溶液，阴干膜面；在阴干的膜面上倒入静置的油相溶液，经过一定时间后倒出多余的油相溶液，在空气中静置几秒后再把膜片放入烘箱进行热处理。几分钟后，将所制得的复合膜取出浸泡在纯净水中，待用。复合膜的热处理时间与烘箱温度有关，本实验的烘箱温度为90℃，热处理时间为2.5min。1.3性能评价仪器评价复合膜分离性能最主要的两个指标就是水通量（F）和截留率（R）。膜性能评价仪器由杭水中心提供。水通量和盐截留率的数值是由5个平行样测试数据的平均值得到的。测试进料液为500mg/L的NaCl水溶液，测试调键位：pH为7～8，测试温度为25℃，测试压力为1.05MPa。1.4扫描电子显微镜表征反渗透（RO）复合膜表面形貌由日本电子公司的扫描电子显微镜（SEM）表征，型号为JSM-840;RO膜的表面致密度由罗丹明水溶液对膜面的染色程度快速检测。2结果与讨论2.1表面活性剂含量对感官截留的影响在水相溶液中分别添加了三种不同的模板剂：苯磺酸钠、四乙基氯化铵、β环糊精，并研究了三种模板剂对膜性能的影响。各种模板剂对膜性能的影响如图1、图2和图3所示。由图1～图3可知，随着模板剂含量的增加，膜片的水通量不断的上升，而膜片的截留率都经历了一个先上升后下降的过程。苯磺酸钠、四乙基氯化铵，β环糊精都还有亲水基团和疏水基团，因此，在界面聚合过程中，这三种模板剂都兼有表面活性剂的作用。随着含量的增加，膜片的截留率先上升后下降，这是因为当模板剂添加到一定程度时，模板剂会在水相溶液中形成类胶束，含量越高，胶束越多，当胶束增加到一定程度时，在界面聚合过程中复合膜中的复合层由于胶束较大的体积易形成缺陷，降低了复合层的截留率，增加了复合膜的水通量。但随着含量的增加，膜性能的变化基于不同的模板剂显示出了不同的变化程度，这是和模板剂的结构性能息息相关的。随着模板剂的增加，由四乙基氯化铵所制备的反渗透膜截留率总体较平稳，下降幅度较小。因为四乙基氯化铵的分子结构十分对称，当以它为模板制备反渗透膜时，复合层会沿着模板剂各个方向均匀的生长，由于结构紧凑，复合层聚合过程中产生的缺陷较少，因此，膜片的截留率衰减较少。而β环糊精由于其具有十分奇特的空间结构—圆筒形的空心结构，因此当其在水溶液中形成胶束时，胶束的长筒形的疏水微区体积较一般的胶束大，使得在界面聚合的过程中有较多的缺陷产生，因此，随着β环糊精的含量的增加，复合膜的脱盐率会有一个比较大幅的下降。而苯磺酸钠的对称性比四乙基氯化铵差，但其形成胶束时的疏水微区要比β环糊精小，因此，由苯磺酸钠作为模板剂的膜性能介于以四乙基氯化铵和β环糊精作为模板剂的复合膜膜性能之间。2.2乙基氯化铵模板剂对复合膜表面的作用机理研究了三种不同模板剂的质量分数从0.5%增加到3%，膜表面形态的变化。从图4、图5和图6中可以得出，随着模板剂含量的增加，膜表面形貌逐渐从叶片状过渡到颗粒状，这是因为在模板剂含量较低时，模板剂在水相中的分散较好，水相单体能够沿着模板剂较好的生长，膜表面的叶片较为舒展，随着模板剂含量的提高，模板剂在水相中形成胶束，水相单体都聚集在胶束周围，在界面聚合过程中，由于空间、浓度限制，膜表面复合层快速形成，叶片得不到伸展，形成了颗粒状表面。由图中可知，以四乙基氯化铵为模板剂的复合膜表面具有较为致密整齐的表面，这得益于四乙基氯化铵的对称结构。以β环糊精为模板剂的复合膜表面具有一些大颗粒，这可能与β环糊精胶束较大的疏水微区有关。2.3罗丹明染色及残留率以模板剂苯磺酸钠为例，研究了模板剂质量分数与膜面致密度的关系。在实验过程中，为了快速检验膜表面的致密度，通常使用罗丹明水溶液先对膜片进行染色，然后对膜片进行冲洗，若膜片表面致密，罗丹明就不会残留在膜面上；若膜片表面有瑕疵，罗丹明就会将这些瑕疵染色。结果表明，水相中模板剂含量在1%～3%之间，复合膜的复合层致密度较好，膜片的截留率可以维持在较高的水平。研究可知，当水相中模板剂含量在1%～3%之间，罗丹明基本不会残留在膜表面上，说明膜表面有较好的致密性，模板剂含量较低或过高都会影响复合层的致密性。2.4乙基氯化铵模板剂对复合膜抗污染能力的影响以有无添加模板剂四乙基氯化铵的复合膜为对比例，研究模板剂对复合膜抗污染性能及耐氯性的影响，结果如图7所示（污染液为100mg/L牛血清蛋白+500mg/LNaCl水溶液，测试压力1.05MPa,1.0GPM,25℃）。从图7中可以看出，随着污染时间的增加，以四乙基氯化铵为模板剂制备的复合膜具有较好的抗污染能力，具有较稳定的水通量，这可能和膜表面有较好的致密性有关。在100h污染实验后，对膜片进行清洗，发现以四乙基氯化铵为模板剂制备的复合膜片表面较干净，而无模板剂的复合膜表面发黄，污染物难以洗去，抗污染性能较差。由图8可知（进料液为100mg/L活性氯+500mg/LNaCl水溶液，测试压力1.05MPa,1.0GPM,25℃），以四乙基氯化铵为模板剂制备的复合膜随着氯氧化时间的增加，膜片保持了较好的截留率，这也和膜片功能分离层的致密度息息相关。3抗污染及耐氯性能在反渗透复合膜制备过程中，添加一定量的模板剂有利于提高复合膜性能，在提高复合膜截留率的同时，水通量能提升近2倍。模板剂的最佳添加量在1%～3%，添加量过高或过低都会影响复合膜的分离功能层致密度。模板剂的结构影响膜性能，模板剂结构越对称，复合膜的功能分离层结构越致密，性能越好。由模板剂制备的复合膜具有优异的抗污染性能和耐氯性能。经过模板剂诱导制备的复合膜在以100m