海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及其对硫酸钙的截留

海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及其对硫酸钙的截留

郑海燕;马敬环;赵孔银;黄海滨;刘莹;魏俊富;张新新

【摘要】以尿素为致孔剂制备了海藻酸钙(CA)水凝胶过滤膜，测试了其通量、截留率和力学性能；通过扫描电子显微镜(SEM)观测其过滤硫酸钙前后的表面形貌.结果表明，增加尿素含量，均导致膜应力和应变的下降；而膜的纯水通量则迅速增大，尿素含量为3．0％(质量分数)时达到28．7 L/(m2·h)，为最大；0．2 MPa 下，过滤1．7 g/L 硫酸钙时对 Ca2＋和 SO 2－4的截留率分别为83％和92％，稳定通量达到21．7 L/(m2·h).%In this thesis,urea was used as a porogen to prepare calcium alginate (CA)hydrogel filtration mem-brane.The

flux,retention and mechanical properties of the CA filtration membrane were tested.The surface morphology of CA filtration membrane before and after filtrating calcium sulphate was observed by scanning e-lectron microscopy (SEM).Results showed that the stress and strain of the membrane reduced with the increase of urea content.When the concentration of urea was less than 2.5wt%,the water flux of membrane increased rapidly with the increase of urea content.When the urea was 3.0wt%,the flux reached 28.7 L/(m2 ·h).With the continue increase of the urea amount the flux increased little.When the pressure was fixed at 0.2 MPa,the retention rate of Ca2 + and SO 2 -4 for the CA filtration membrane was 83% and 92%,respectively.And the stable flux reached 21.7 L/(m2 ·h).

【期刊名称】《功能材料》

【年(卷),期】2015(000)004

【总页数】5页(P4144-4147,4152)

【关键词】纳滤;海藻酸钙;尿素;硫酸钙;通量;截留

【作者】郑海燕;马敬环;赵孔银;黄海滨;刘莹;魏俊富;张新新

【作者单位】中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料

与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实

验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津

工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部

共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387

【正文语种】中文

【中图分类】TQ028

1 引言

具纳米级孔径的纳滤(NF)膜，操作压力较低而脱盐率较高，在海水软化处理中得

到广泛应用［1］。但其对钙离子的截留率一般只有60%左右，且易于污染造成通量下降，直接影响处理的效果，增加运行成本［2］。良好的纳滤膜除应具有高的通量和脱除率外，还应具高的亲水性，以利于其抗污染［3］。为此，国内外一些学者尝试以亲水凝胶作为膜涂层，应用在水处理中。陈冰等［4］将聚乙烯醇(PVA)亲水凝胶涂在膜生物反应器陶瓷膜表面用于处理废水，结果表明通量增大，滤液的COD稳定在30 mg/L以下，反冲洗后通量恢复率达71%，膜滤与抗污染性能均

明显优化。Wang Xuefen等［5］将聚乙烯醇水凝胶涂覆在交联的静电纺聚乙烯

醇(PVA)纳米纤维支撑层上，制备了一种新型的亲水性纳米纤维复合膜，用于油水分离，通量＞130 L/(m2·h)、对豆油截留率＞99.5%，明显高于一般的超滤膜;只

是静电纺丝制备的纳米纤维难以规模化生产。

海藻酸盐可从海带或马尾藻提取，来源广泛，价格低廉。海藻酸钠与钙离子形成的水凝胶［6］具有高的亲水性，抗污染能力强。陈晓琳等［7］以聚砜为支撑层、

戊二醛为交联剂、海藻酸钠为表面活性层，制备了新型的荷负电纳滤膜。交联4 h 后对Na2 SO4，MgSO4，NaCl和MgCl2盐溶液的截留率分别为 87.2%，

21.5%，32.0%和12.2%。沈江南等［8］以聚丙烯腈(PAN)为基膜、戊二醛为交

联剂、海藻酸钠为活性层，制备了荷负电复合纳滤膜。0.6 MPa下对NaSO4和NaCl的截留率分别为88.8%和48.7%。以海藻酸钠为活性层，二者制得的复合膜，截留效果良好，但戊二醛有毒、易挥发，对眼睛、皮肤有刺激作用，也会污染水体，造成环境危害。

本文以尿素为致孔剂制备自支撑海藻酸钙水凝胶过滤膜，并研究其力学性能和过滤性能［9］。CaCl2作为交联剂，无毒无臭;海藻酸钙自支撑，不受膜基体和涂层限制，价低且可生物降解。该膜作为一种新型的纳滤膜材料，可望在水处理领域得到应用。

2 实验