【摘 要】
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苦咸水淡化已经成为解决目前国内外淡水资源短缺以及提供清洁安全的生活、生产用水的有效途径之一。纳滤膜以其低运行成本和优越的截留性能,确立了它在苦咸水淡化领域中的重要地位。但是传统的薄膜复合（TFC）纳滤膜在渗透性和选择性之间存在的“权衡”效应,“权衡”效应的存在限制了纳滤膜的进一步发展。此外,纳滤膜还面临浓差极化和膜污染等问题,膜污染会引起渗透通量的衰减,缩短膜的使用寿命。因此,在不牺牲选择性的前提
【基金项目】
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国家自然科学基金（51808164）“基于纳米纤维素晶体（CNCs）的纳滤膜构建及性质调控研究”
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苦咸水淡化已经成为解决目前国内外淡水资源短缺以及提供清洁安全的生活、生产用水的有效途径之一。纳滤膜以其低运行成本和优越的截留性能,确立了它在苦咸水淡化领域中的重要地位。但是传统的薄膜复合（TFC）纳滤膜在渗透性和选择性之间存在的“权衡”效应,“权衡”效应的存在限制了纳滤膜的进一步发展。此外,纳滤膜还面临浓差极化和膜污染等问题,膜污染会引起渗透通量的衰减,缩短膜的使用寿命。因此,在不牺牲选择性的前提下构筑具有高渗透性的新型耐污染纳滤膜显得尤为重要。二硫化钼（Mo S2）纳米片具有优异的电负性、力学性能和耐污染性能,在膜技术领域具有广阔的应用前景。本课题选用Mo S2纳米片作为改性材料,通过聚酰胺活性层改性、引入中间层这些手段构筑复合纳滤膜。利用各种表征方法,较为系统地考察了Mo S2纳米片在不同层次加入对复合纳滤膜理化性质、渗透/截盐性能以及抗污染性能的影响,并探究了复合纳滤膜对实际苦咸水的处理效果。首先,选取聚醚砜超滤膜为底膜,将Mo S2纳米片掺杂于水相单体中进行界面聚合构筑纳米复合薄膜（TFN膜）。探究Mo S2纳米片掺杂于水相界面聚合对TFC膜物化性质及渗透/分离性能的影响。结果表明,随着水相掺杂Mo S2纳米片的浓度增加至0.01wt%,所构筑的TFN膜的表面粗糙度、亲水性以及电负性均得到了增加。相较于对照TFC膜,水相掺杂纳米片构筑的TFN-W-0.01膜的纯水通量提升了40%,截盐性能稍有提升,对硫酸钠的截留率提升至98.39%,对氯化钠的截留率提升至27.78%。其次,将Mo S2纳米片掺杂于油相单体中进行界面聚合构筑TFN膜。结果表明,当有机相中Mo S2纳米片的负载量达0.001wt%时,TFN-O-0.001膜的水通量相较于纯TFC膜提升了约30%,其截盐性能也得到了加强。此外,相较于水相掺杂纳米片构筑的TFN-W-0.01膜,油相掺杂纳米片构筑的TFN-O-0.001能在极低的负载量下表现出优越的渗透性能和截盐效果。然后,采用引入中间层的手段,将Mo S2纳米片抽滤到底膜上界面聚合构筑复合纳滤膜。结果表明,当Mo S2纳米片作中间层的负载量为0.8 mg时,TFC-0.8Mo S2纳滤膜表现出最优的性能。其纯水渗透通量为12.16 LMH/bar,相较于对照TFC膜提升了约51%。该膜对硫酸钠的截留率为98.40%,对氯化钠的截留率为26.39%。此外,考察了最优梯度下的Mo S2纳米片水相掺杂、Mo S2纳米片油相掺杂、Mo S2纳米片作中间层构筑的复合纳滤膜的抗污染性能。结果发现,相较于TFC膜,这三种Mo S2纳米片复合纳滤膜的抗腐殖酸、牛血清蛋白污染性能均得到了提升。随后考察Mo S2纳米片复合纳滤膜对实际苦咸水的处理效果,并对改性膜进行实际水体抗污染性能评估。结果表明,相较于TFC膜,所构筑的Mo S2纳米片复合纳滤膜对苦咸水中常规阴离子、阳离子以及UV254的去除效果均有所改善,抗污染性能也得到了提升。
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