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(huì)發(fā)展對(duì)淡水資源日益增長(zhǎng)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(lái)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(jìn)料液中添加活性氯進(jìn)行殺菌預(yù)處理。目前,占據(jù)反滲透膜絕大部分市場(chǎng)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(duì)此,本文以延長(zhǎng)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(duì)商業(yè)反滲透膜的表面改性,來(lái)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(yàn)發(fā)現(xiàn),在相同氯化強(qiáng)度下,高濃度短時(shí)間的氯化相較于低濃度長(zhǎng)時(shí)間的氯化會(huì)對(duì)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(shí)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?yàn)發(fā)現(xiàn),堿液浸泡能有效促進(jìn)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(shí)也發(fā)現(xiàn),高濃度短時(shí)間的氯化會(huì)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(tuán)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(shí),提升了膜耐氯性能。XPS和ATR-FTIR測(cè)試證明E-40成功接枝。測(cè)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(cè)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(shí)。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(jìn)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(shí)提升了反滲透膜的抗有機(jī)物污染、抗微生物污染與耐氯性能。XPS和ATR-FTIR測(cè)試證明PDA成功涂層和PEI成功接枝。測(cè)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(dòng)。測(cè)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(duì)PDA-PEI改性膜與原始膜進(jìn)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(cè)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(jī)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(jí)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(shí),提升了其截留率和通量。EDS、ATR-FTIR和SEM測(cè)試證明AgCl成功涂層。SEM和礦化度測(cè)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(fù)載在膜表面的晶體顆粒不斷增加,同時(shí)粒徑也略微增大。測(cè)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(fù)電方向移動(dòng)。模擬污染測(cè)試表明,改性有效提升了反滲透膜抗污染能力?？咕志阅軠y(cè)試表明,AgCl改性膜具