摘要
随着我国人口激增、城市化推进，对水资源的高效利用及能源的可持续发展都提出新的要求。新兴的正渗透（FO）技术，是以原料液和汲取液之间的浓度梯度引起的渗透压差作为产水驱动力，能耗更低，更加符合绿色节约型社会的发展需求。聚酰胺复合膜应用于正渗透过程由于内浓差极化现象的影响，使其水通量远远小于预估值。因此，对复合膜进行改性以提高其在正渗透过程中的水通量，是正渗透膜研究的热点，也是正渗透技术广泛应用的关键。本文拟通过控制复合膜基膜的厚度、添加筛网和掺杂纳米颗粒，以有效的减小基膜的内浓差极化现象，同时对复合膜的聚酰胺层进行纳米改性，降低聚酰胺层的交联度，增强膜表面亲水性，提高膜水通量。 本文选择聚砜基膜为支撑层，通过间苯二胺（MPD）与均苯三甲酰氯（TMC）的界面聚合反应形成聚酰胺活性分离层，从而制备正渗透复合膜。通过对支撑层及活性层两个方向进行改性，探究提升正渗透膜水通量的方法。 （1）减小基膜的厚度可以有效的减轻正渗透复合膜的内浓差极化现象。当基膜厚度在90μm时，所制备的聚酰胺正渗透复合膜，其机械强度尚可，在活性层朝向原料液（AL-FS）时，水通量达到3.28L/(m2·h)；在活性层朝向汲取液（AL-DS）时，水通量达到6.91L/(m2·h)。在基膜中添加筛网，制备出厚度约为90μm的有筛网聚酰胺正渗透复合膜，可以进一步减轻内浓差极化现象，在AL-FS模式下，水通量达到5.45L/(m2·h)；在AL-DS模式下，水通分别达到11.40L/(m2·h)。 （2）将一定量的亲水性石墨炭纳米材料JT-1添加进聚砜基膜中，可以减少正渗透复合膜的内浓差极化现象，降低结构参数S值，增强基膜表面的粗糙度及亲水性，进而增强膜表面亲水性。当JT-1纳米颗粒添加量为0.01wt%，在AL-FS模式下，水通量达到8.61L/(m2·h)；在AL-DS模式下，水通量达到22.43L/(m2·h)。 （3）将一定量的亲水性无机纳米材料TiO2、疏水性金属有机骨架材料ZIF-8、亲水性石墨炭纳米材料JT-1分别添加进聚酰胺活性层中，不同类型纳米材料的添加对正渗透复合膜的影响类似，均可以降低聚酰胺层的交联度，增强复合膜表面的亲水性，提高复合膜的水通量。当TiO2纳米颗粒的添加量为0.06wt%，在AL-FS模式下，水通量达到16.39L/(m2·h)；在AL-DS模式下，水通量达到31.84L/(m2·h)。当ZIF-8纳米颗粒的添加量为0.04wt%，在AL-FS模式下，水通量达到21.15L/(m2·h)；在AL-DS模式下，水通量达到38.06L/(m2·h)。当JT-1纳米颗粒的添加量为0.004wt%，在AL-FS模式下，水通量达到17.21L/(m2·h)；在AL-DS模式下，水通量达到33.49L/(m2·h)。 （4）将一定量的亲水性石墨炭纳米材料JT-1同时添加到聚砜支撑层和聚酰胺活性层中，可以同时对正渗透复合膜的支撑层及活性层进行改性。当在基膜中添加量为0.01wt%，在聚酰胺层中添加量为0.004wt%时，在AL-FS模式下，水通量达到19.55L/(m2·h)；在AL-DS模式下，水通量达到36.38L/(m2·h)。
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