准对称薄层结构无机膜的制备及其正向渗透行为与特性

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kerrytony
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正向渗透(FO)膜分离技术,由于其低能耗以及高水回收率等特点,在解决水资源短缺和降低能耗等方向上有着独特的优势,使其在水处理相关领域和提供绿色能源方面发挥着越来越重要的作用。半透性的正向渗透膜是影响正渗透过程的关键因素。FO过程对膜要求较为独特,FO膜的支撑层要求尽可能的薄,活性层要尽可能致密。这样在FO过程中能保证高的盐阻隔能力,降低内浓差极化现象,保证FO过程具有持续稳定的水通量。溶胶凝胶法制备的SiO2无机陶瓷膜由于其机械强度高、耐高温和耐酸碱等特点,在渗透汽化等气体分离领域有着较为广泛的应用。其在水处理领域的应用正处于初步探索阶段。本课题出发点在于以不锈钢网为支撑体,利用溶胶凝胶法,通过逐层沉积制备出一种符合FO技术要求的无机膜。根据FO过程对于膜结构的要求,通过优化溶胶凝胶制备过程。找出最优制备条件,将制备的无机膜进行结构表征和性能测试。扫描电子显微镜(SEM)观察结果显示,经过四层沉积后,无机膜整体厚度为45μm,硅溶胶附着于不锈钢网上,呈活性层与支撑层没有明显分隔界面的准对称结构,活性层致密性良好。原子力显微镜(AFM)观察结果显示无机膜的表面较为平整,粗糙度仅为3.263nm。无机膜的结构特点符合FO膜的要求。在自行设计的FO反应装置上测试FO无机膜的性能。实验结果表明,经过四层沉积后,无机膜在FO过程中具备了稳定的水通量以及较低的反向盐通量,这个水通量高于文献报道的有机聚合膜的FO水通量。最后,将其与HTI商用FO膜和反渗透膜在模拟海水淡化FO实验中的性能进行了对比,HTI膜与无机膜的性能远高于反渗透膜,无机膜的水通量达到了32.47L·m-2·h-1,是HTI膜水通量的2.55倍。但无机膜的盐通量也相对较高,为11.14g·m-2·h-1,是HTI膜的2.52倍。因此无机膜处理含盐水的性能已经达到了HTI膜的性能,若经过进一步优化制备条件和表面改性,增强对盐的阻隔能力,其性能有可能超越HTI膜。
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