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利用界面聚合制备一层聚酰胺分离层

时间:2018-08-17 14:22

来源:未知作者:admin点击:

  目前商业化的反渗透膜主要有两种:醋酸纤维素膜和聚酰胺复合反渗透膜。20世纪60年代加利福尼亚大学洛杉矶分校Loeb和Sourirajan发明了醋酸纤维素膜并成功应用于海水淡化[3]。到了80年代,Cadotte发明了聚酰胺复合反渗透膜[4,5],并逐渐发展成为膜法海水淡化的主流膜。该技术一般以间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)为聚合单体,通过在聚砜超滤膜上利用界面聚合制备一层聚酰胺分离层,从而得到复合膜。
 
  尽管聚酰胺膜表现出了优异的选择渗透性,但在其它物性以及合成过程上依然存在诸多局限[1,6]。比如,现有合成方法中,膜形成时的自终止现象导致膜厚难以得到有效控制,所得到的膜材料依然很厚(100到200nm),表面粗糙(是典型的波峰和波谷式起伏结构)。此外,支撑层表面的性质(孔径、孔间隔、孔隙率、粗糙度和表面化学特性等)直接作用到反渗透膜的界面,进而以不可预测的方式影响其它性能。
 
  为了克服薄膜制备的技术难题,韩国科学技术院和英国帝国理工学院的科学家分别在2013和2015年开展了一些突破性的探索[7,8],但由于工艺复杂,依然存在性能不可靠和难以商业化生产的问题。在本期《科学》杂志中,来自美国康涅狄格大学的科学家借鉴3D打印的理念,采用电喷雾方法将两种聚合单体先分别形成纳米级液滴,喷雾到基底上再通过聚合形成聚酰胺,实现了膜厚和粗糙度都可精确调控的高效率反渗透膜,并突破了对支撑基底的依赖性,将海水淡化反渗透膜材料制备技术向前推动了一大步。
 
  两种单体溶液在高达3万伏的电压下离开针头时因受到库仑排斥作用力而形成纳米级的液滴,再各自通过3D打印的方式喷涂到所需沉积的表面上(这里特别选用了滚筒装置以实现连续的多次沉积),最后通过聚合反应形成聚酰胺反渗透膜。通过控制单体的浓度、配比、基底移动速率等参数,可以对反渗透膜的孔径、粗糙度、渗透性和表面亲水性进行有效调控。
 
  
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