芳香族聚酰胺反滲透復(fù)合膜的耐氯性和改性研究

芳香族聚酰胺反滲透復(fù)合膜的耐氯性和改性研究隨著人類社會發(fā)展對淡水資源日益增長的需求和水污染問題的日益嚴(yán)峻,反滲透技術(shù)在水處理過程中的應(yīng)用越來越廣泛。但是反滲透膜的污染,尤其是生物污染,嚴(yán)重影響著反滲透膜的使用。為了抑制生物污染,現(xiàn)行反滲透工藝常向進料液中添加活性氯進行殺菌預(yù)處理。目前,占據(jù)反滲透膜絕大部分市場的交聯(lián)聚酰胺復(fù)合反滲透膜極易與活性氯反應(yīng),發(fā)生氯化降解,引起膜性能衰竭,縮短其使用壽命。針對此,本文以延長反滲透膜的使用壽命為目標(biāo),研究了反滲透膜的氯化與再生,并通過對商業(yè)反滲透膜的表面改性,來提升其耐氯、抗污染和抗菌能力。首先,研究了商業(yè)反滲透膜的氯化降解和可逆再生。氯化降解試驗發(fā)現(xiàn),在相同氯化強度下,高濃度短時間的氯化相較于低濃度長時間的氯化會對反滲透膜性能造成更大破壞。為了解釋這種現(xiàn)象,研究了氯化前后反滲透膜分離層理化性質(zhì)變化,發(fā)現(xiàn)高濃度短時間的氯化造成更大程度的膜親水性下降,并導(dǎo)致膜表面生成更多N-C1鍵?？赡嬖偕囼灠l(fā)現(xiàn),堿液浸泡能有效促進氯化產(chǎn)生的N-Cl鍵可逆再生成為N-H鍵,提升膜表面親水性,一定程度恢復(fù)膜滲透性能。同時也發(fā)現(xiàn),高濃度短時間的氯化會造成更大程度的不可逆氯化。其次,通過環(huán)氧樹脂E-40中環(huán)氧基團與反滲透膜中端氨基的反應(yīng)將其接枝于反滲透膜表面,在不破壞反滲透膜表面分離層結(jié)構(gòu)的同時,提升了膜耐氯性能。XPS和ATR-FTIR測試證明E-40成功接枝。測試了E-40改性膜的滲透性能,發(fā)現(xiàn)改性降低了反滲透膜通量,但提升了其截留率。且發(fā)現(xiàn)在60℃,經(jīng)1%wtE-40溶液改性20分鐘后,膜表面接枝量接近飽和。測試了膜的耐氯性能,發(fā)現(xiàn)E-40改性膜在氯化過程中滲透性能變化小于原始膜,尤其是在氯化溶液濃度比較低時。再次,通過多巴胺在反滲透膜表面的自聚形成聚多巴胺(PDA)涂層,進一步利用Michael加成反應(yīng)或／和Schiff反應(yīng)通過化學(xué)鍵將聚乙烯亞胺(PEI)接枝于PDA涂層表面。PDA-PEI改性同時提升了反滲透膜的抗有機物污染、抗微生物污染與耐氯性能。XPS和ATR-FTIR測試證明PDA成功涂層和PEI成功接枝。測試了改性前后膜表面理化性質(zhì),發(fā)現(xiàn)PDA-PEI改性：增加了膜表面親水性；沒有破壞反滲透膜表面峰-谷狀結(jié)構(gòu),略微增加了膜表面粗糙度；使膜表面荷電性向帶正電方向移動。測試了改性膜的滲透性能,發(fā)現(xiàn)改性略微降低了反滲透膜通量,但提升了其截留率。對PDA-PEI改性膜與原始膜進行氯化降解,發(fā)現(xiàn)氯化過程中PDA-PEI改性膜通量維持穩(wěn)定而原始膜通量持續(xù)下降。改性大幅提升了膜的耐氯性能,且這種提升展示出良好的可逆性與持續(xù)性。測試了PDA-PEI改性膜的抗污染性能,發(fā)現(xiàn)改性有效地減少了模擬污染物在膜表面的沉積,降低了膜通量衰減速率,提升了膜抗有機污染能力；且發(fā)現(xiàn)改性有效地延緩了膜表面微生物膜的形成,賦予其一定的抗微生物污染能力。最后,通過反滲透膜表面與改性溶液中帶電離子間的靜電引力,利用交替浸漬法將納米級AgCl晶體涂層于反滲透膜表面。AgCl納米顆粒改性在賦予膜優(yōu)良的抗菌性能的同時,提升了其截留率和通量。EDS、ATR-FTIR和SEM測試證明AgCl成功涂層。SEM和礦化度測試發(fā)現(xiàn),AgCl涂層量受改性次數(shù)控制,且隨著改性次數(shù)的增加,負載在膜表面的晶體顆粒不斷增加,同時粒徑也略微增大。測試了改性前后膜表面理化性質(zhì),發(fā)現(xiàn)隨著改性次數(shù)的增加膜表面親水性不斷增加,荷電性不斷向負電方向移動。模擬污染測試表明,改性有效提升了反滲透膜抗污染能力?？咕志阅軠y試表明,AgCl改性膜具