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膜国家重点实验室在高性能抗污染分离膜研究方面取得系列重要进展

发布时间:2018-01-31浏览次数:260

分离膜与过程国家重点实验室 邓姗姗 汪靖,审阅 何本桥

  

近期,我校分离膜与过程国家重点实验室胡云霞研究员团队在高性能抗污染分离膜研究方面取得系列进展,系列成果发表在领域内国际TOP杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Chemical Communications》、《Journal of Materials Chemistry A》和《Progress in Chemistry》上。

随着经济社会的快速发展和人口数量的增长,全球水资源和能源危机日趋严峻。膜分离技术以其低能耗、高效率、绿色环保等优势,被广泛应用于海水淡化和污水净化领域。聚酰胺薄层复合膜(TFC膜)作为目前最先进的脱盐膜,已被广泛应用于纳滤、反渗透以及正渗透膜分离过程。然而在实际应用过程中,TFC膜存在严重的膜污染问题,从而导致分离膜分离性能的降低,膜使用寿命的缩短,最终造成膜分离过程能耗和成本的增加。因此,开发高性能抗污染TFC膜,一直受到人们的关注。

前期,天津工业大学胡云霞研究员和中科院烟台海岸带研究所刘中云助理研究员利用贻贝仿生多巴胺表面修饰方法,以膜表面形成的聚多巴胺层为中间层和结合位点,实现银纳米颗粒和二价铜离子在聚酰胺复合膜(TFC膜)表面的原位生长和络合,赋予膜本身抗生物污染性能,提高TFC膜在实际应用中的抗生物污染能力。相关论文被ACS Applied Materials & Interfaces2016, 8(33): 21666-21673 (IF: 7.504) Chemical Communications 2016, 52(82): 12245-12248 (IF: 6.319)录用发表。

最近,胡云霞研究员和刘中云助理研究员进一步将TFC复合膜制备过程与表面功能化修饰过程相结合,他们采用层层界面聚合方法(Layer-by-layer interfacial polymerization)实现在TFC膜制备过程中对聚酰胺层表面进行功能化修饰,开发出高性能抗生物污染TFC(如图1)。他们以聚砜超滤膜为基底,在其表面分别依次引入间苯二胺(MPD)水相溶液、1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)油相溶液和银纳米颗粒(Ag NPs)水相溶液,利用界面聚合反应,制备银纳米颗粒功能化的TFC膜。利用该方法制备的TFC膜不但具有优异的抗生物污染性能,且膜的分离性能(水通量和截盐率)没有受到引入的银纳米颗粒的影响,相关工作发表在ACS Applied Materials & Interfaces 2017, 9(46): 40987-40997 (IF: 7.504)

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1. 层层界面聚合法在TFC膜的聚酰胺表面引入银纳米颗粒的过程示意图

进一步,针对TFC膜应用过程中的有机物污染导致水通量急剧降低的难题,胡云霞研究员团队利用层层界面聚合方法在聚酰胺层表面原位共价键引入分子粒径在5 nm左右的亲水超支化聚合物(hyperbranched polyglycerol, hPG)替代线性亲水性聚合物链来改善聚酰胺层的抗污染性能。超支化hPG由于其独特的三维球形构型,功能化后的TFC膜同时实现了抗污染性能和水通量的提高。该研究结果表明亲水性超支化高分子作为一种新型的表面修饰材料在分离膜表面抗污染改性中具有巨大的应用前景。相关工作发表在Journal of Materials Chemistry A2017, 5(44): 23190-23197(IF: 8.867)