《含無機納米水通道反滲透複合膜的結構設計與製備》是依託浙江大學，由張林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：含無機納米水通道反滲透複合膜的結構設計與製備
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：張林
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
反滲透膜作為反滲透技術的核心，隨著反滲透套用領域的擴展，現有反滲透膜也將面臨著新的挑戰。本項目以具有水通道的高通量反滲透膜為研究目標，從具有水擴散孔道的納米分子篩晶體和碳納米管出發，首先嘗試在界面聚合反應相中添加這兩種納米顆粒，考察添加方法、種類等對膜結構與性能的影響；再利用化學、物理等手段對碳納米管、分子篩等進行改性和修飾，使這些納米無機顆粒能很好地分散於水或有機相中，並帶有可與醯氯或胺基發生反應的基團，將其添加到界面聚合反應相中製得無機/聚合物相界面相容性良好的均相反滲透複合膜；最後，從分子篩和碳納米管及聚合物膜界面性質著手，使其在膜內實現定向排列，獲得真正具有水通道的反滲透膜。同時，利用各種表征手段對無機顆粒和膜進行表征，獲得含無機納米顆粒界面聚合成膜機理；將不同價態鹽離子水溶液的反滲透性能與分子模擬結果結合探明該類膜的分離機理。通過上述研究為新型反滲透膜的發展提供新思路和理論基礎。
結題摘要
本研究以高通量反滲透膜為研究目標，通過在界面聚合反應相中添加分子篩納米晶體和CNT，建立了高性能反滲透納米複合膜的製備方法，探明了含無機納米顆粒界面聚合成膜機理和分離機理。主要研究成果包括：1. 針對納米多孔介質在界面聚合制膜過程中的作用與行為尚不明確的問題，設計在界面聚合的不同反應相添加NaA型納米分子篩，研究了納米顆粒與界面聚合單體的作用行為，比較兩種添加方式所成膜的形貌和結構，結合分離性能的差異，探明了反滲透納米複合膜的成膜機理。工作發表於RSC Adv, 2013, 3: 8203和Des. Water Treat., 2011, 34:6上，審稿人認為我們的結果“對構建高性能反滲透複合膜非常有用”。2. NaA分子篩的引入使得反滲透膜對酸與多價陽離子料液敏感，限制了其在海水脫鹽中的套用。針對該問題，篩選了化學穩性強且有適宜孔道的Silicalite-1型分子篩作為納米水通道。研究結果表明，Silicalite-1複合分子篩膜比NaA型複合膜具有更高的膜通量，酸與多價陽離子耐受性也有明顯增強，更適合海水淡化體系。成果發表在J Mater Chem A, 2013, 1: 11343上，兩名審稿人評價我們的工作“非常有趣”，“非常系統”。3. 針對原始碳納米管易纏繞團聚這一問題，本項目研究了多種表面化學改性方法，對碳納米管管壁進行表面修飾，提高了碳納米管的分散性，從而製備了含改性碳納米管/聚醯胺反滲透複合膜。結果表明，膜的通量有明顯提高，並且含改性碳納米管的反滲透膜具有一定的耐污染性和耐氧化性質。工作發表在J. Membr. Sci.，2014，450：249上。審稿人認為“這是個非常好的工作”，“可以直接接受”。4. CNT在膜內的定向排列是發揮其水通道作用的關鍵，本項目首次提出了熱壓結合剝離的方法，通過巨觀的物理操作，實現了微觀尺度碳納米管在聚合物基底上的定向排列，並製備出包含定向CNT的複合膜。成果發表在Scientific Reports，2013，3：3480。5.針對無機納米顆粒與聚醯胺基質間存在界面相容性的問題，通過對無機納米顆粒進行表面可反應功能化改性，使納米顆粒參與到界面聚合反應中，消除了界面效應，研究結果發表在Des. Water Treat., 2011, 34:19上。本項目成果共發表SCI論文12篇，EI論文2篇，授權發明專利3項。
