《海水淡化用疏水性無機分離膜研究》是依託中國科學技術大學，由陳初升擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：海水淡化用疏水性無機分離膜研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳初升
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
膜蒸餾將蒸餾和膜分離結合起來，可以利用太陽能、工業餘熱、地熱等低品位熱源，是一種有良好套用前景的低能耗高效率海水淡化技術。目前主要採用疏水性有機高分子分離膜。以金屬氧化物為代表的無機分離膜具有優於有機高分子分離膜的化學和熱穩定性、機械強度。通過在無機分離膜表面嫁接矽烷分子，可以將其轉化為適合于海水淡化膜蒸餾的疏水性分離膜。為了實現膜蒸餾海水淡化技術的實用化，需要對其中涉及的基礎問題和製備化學進行深入細緻的研究。本項目擬圍繞無機分離膜的表面疏水改性機理、表面嫁接反應強化和膜蒸餾條件下的性能和衰變規律等３個相互關聯的問題開展研究，以期為開發膜蒸餾海水淡化技術提供科學基礎和材料支撐。
結題摘要
以疏水性多孔膜為基礎的膜蒸餾可以利用太陽能、工業餘熱、地熱等低品位 熱源，是一種有良好套用前景的低能耗高效率海水淡化技術。常見的疏水膜是有機高分子材料，其耐久性較差，制約了膜蒸餾技術的實用化。無機分離膜具有優於有機高分子分離膜的化學和熱穩定性、機械強度，因此本項目擬通過對無機分離膜進行表面修飾，將其轉化為適合于海水淡化膜蒸餾套用的疏水性分離膜。本項目採用氟矽烷表面嫁接修飾方法將多孔氧化鋁和氮化矽由親水轉化為疏水。XPS分析揭示氟矽烷分子與基底材料表面形成了化學鍵，這第一次從實驗上證實氟矽烷是以化學吸附的方式結合到基底材料表面上的。在研究有機無機雜化膜（如FAS嫁接氧化鋁）的同時，本項目提出並實現了全無機疏水膜的製備新方法。將聚二甲基矽氧烷塗敷在多孔氧化鋁陶瓷表面，然後在非氧化性氣氛（氮氣）中熱解，生成納米顆粒。這些納米顆粒包含納米晶和無定形相，化學組成為Si，C，O，其表面存在大量的Si-CH3基團。PDMS熱解修飾的氧化鋁的水接觸角達130°，其疏水性可歸結於無機納米粒子表面存在甲基。採用水熱法在氧化鋁表面負載一層氧化鋁納米顆粒，再經PDMS熱解修飾，其水接觸角高達160°，為超疏水表面。採用氯矽烷熱解方法在多孔氮化矽表面生長SiNCO納米顆粒，其接觸角達142。無機納米粒子修飾的無機分離膜在pH值為2-12的溶液、有機溶劑中水接觸角保持不變，甚至沸水中浸泡24小時仍能保持疏水性。高穩定性無機疏水膜表現出優異的海水淡化性能，對於NaCl濃度高達12-20wt%、含腐植酸的水溶液，仍具有可觀的水透量，鹽截留率也大於99%。基於這些高穩定性全無機疏水膜，人們可以構想採用膜蒸餾方法從海水中一方面分離製備純水，另一方面製備鹽化工所需的濃縮鹽溶液，實現海水淡化的近零排放。本項目研發的高穩定性疏水膜還可望用於含鹽廢水、液體食品的濃縮處理。
