芳香族聚酰胺反渗透复合膜的耐氯性和改性研究

芳香族聚酰胺反渗透复合膜的耐氯性和改性研究随着人类社会发展对淡水资源日益增长的需求和水污染问题的日益严峻,反渗透技术在水处理过程中的应用越来越广泛。但是反渗透膜的污染,尤其是生物污染,严重影响着反渗透膜的使用。

为了抑制生物污染,现行反渗透工艺常向进料液中添加活性氯进行杀菌预处理。目前,占据反渗透膜绝大部分市场的交联聚酰胺复合反渗透膜极易与活性氯反应,发生氯化降解,引起膜性能衰竭,缩短其使用寿命。

针对此,本文以延长反渗透膜的使用寿命为目标,研究了反渗透膜的氯化与再生,并通过对商业反渗透膜的表面改性,来提升其耐氯、抗污染和抗菌能力。首先,研究了商业反渗透膜的氯化降解和可逆再生。

氯化降解试验发现,在相同氯化强度下,高浓度短时间的氯化相较于低浓度长时间的氯化会对反渗透膜性能造成更大破坏。为了解释这种现象,研究了氯化前后反渗透膜分离层理化性质变化,发现高浓度短时间的氯化造成更大程度的膜亲水性下降,并导致膜表面生成更多N-C1键。

可逆再生试验发现,碱液浸泡能有效促进氯化产生的N-Cl键可逆再生成为

N-H键,提升膜表面亲水性,一定程度恢复膜渗透性能。同时也发现,高浓度短时间的氯化会造成更大程度的不可逆氯化。

其次,通过环氧树脂E-40中环氧基团与反渗透膜中端氨基的反应将其接枝于反渗透膜表面,在不破坏反渗透膜表面分离层结构的同时,提升了膜耐氯性能。XPS和ATR-FTIR测试证明E-40成功接枝。

测试了E-40改性膜的渗透性能,发现改性降低了反渗透膜通量,但提升了其截留率。且发现在60℃,经1%wt E-40溶液改性20分钟后,膜表面接枝量接近饱

和。

测试了膜的耐氯性能,发现E-40改性膜在氯化过程中渗透性能变化小于原始膜,尤其是在氯化溶液浓度比较低时。再次,通过多巴胺在反渗透膜表面的自聚形成聚多巴胺(PDA)涂层,进一步利用Michael加成反应或／和Schiff反应通过化学键将聚乙烯亚胺(PEI)接枝于PDA涂层表面。

PDA-PEI改性同时提升了反渗透膜的抗有机物污染、抗微生物污染与耐氯性能。XPS和ATR-FTIR测试证明PDA成功涂层和PEI成功接枝。

测试了改性前后膜表面理化性质,发现PDA-PEI改性：增加了膜表面亲水性；没有破坏反渗透膜表面峰-谷状结构,略微增加了膜表面粗糙度；使膜表面荷电性向带正电方向移动。测试了改性膜的渗透性能,发现改性略微降低了反渗透膜通量,但提升了其截留率。

对PDA-PEI改性膜与原始膜进行氯化降解,发现氯化过程中PDA-PEI改性膜通量维持稳定而原始膜通量持续下降。改性大幅提升了膜的耐氯性能,且这种提升展示出良好的可逆性与持续性。

测试了PDA-PEI改性膜的抗污染性能,发现改性有效地减少了模拟污染物在膜表面的沉积,降低了膜通量衰减速率,提升了膜抗有机污染能力；且发现改性有效地延缓了膜表面微生物膜的形成,赋予其一定的抗微生物污染能力。最后,通过反渗透膜表面与改性溶液中带电离子间的静电引力,利用交替浸渍法将纳米级AgCl晶体涂层于反渗透膜表面。

AgCl纳米颗粒改性在赋予膜优良的抗菌性能的同时,提升了其截留率和通量。EDS、ATR-FTIR和SEM测试证明AgCl成功涂层。

SEM和矿化度测试发现,AgCl涂层量受改性次数控制,且随着改性次数的增

加,负载在膜表面的晶体颗粒不断增加,同时粒径也略微增大。测试了改性前后膜表面理化性质,发现随着改性次数的增加膜表面亲水性不断增加,荷电性不断向负电方向移动。

模拟污染测试表明,改性有效提升了反渗透膜抗污染能力。抗菌抑菌性能测试表明,AgCl改性膜具有优良的抗菌抑菌效果,在接触初期即能有效杀菌,抑制细菌在其表面和周围生长,且少量AgCl负载就能赋予膜良好的杀菌抑菌性能,这种性能随负载量增加,略有提高。