天津大学制备出一种复合膜,海水淡化盐分截留率可达99.99%

淡水危机是我们社会的主要挑战之一,解决该问题有希望的解决方案是海水淡化技术。当前,反渗透(RO)是一种在许多实际应用中基于膜的主要技术,用于生产淡水,具有许多优点,例如处理能力大,操作简便,无需加热等。然而,克服海水的渗透压消耗大量能量并且导致严重的膜污染和降解。在过去的几十年中,渗透蒸发在各种应用中引起了越来越多的关注,包括有机物的脱水,有机物的回收以及分离。由于渗透蒸发技术在能源效率和易于操作方面的优势,因此正在对其进行深入研究。它可以处理RO系统以外的高盐度海水。此外,渗透蒸发的优势包括阻隔痕量挥发性有机物以产生纯净水,这很难通过反渗透或直接蒸发工艺实现。尽管在渗透蒸发过程中发生了相变,但所需温度并不高。因此,在此过程中可以利用少量热能甚至太阳能,从而使渗透蒸发在大规模应用中更加实用。

成功实现全蒸发脱盐的关键在于高质量的膜,该膜可提供高通量和理想的盐去除率。迄今为止,已经研究了由包括有机聚合物,聚合物混合基质和无机材料在内的各种原材料制成的膜,以获得高脱盐效率。近年来,氧化石墨烯(GO)已广泛用于与水有关的过程中。GO由于其规则的层间结构和对水分子的低摩擦传输能力,是制备高通量全蒸发膜的理想选择。但是,由于GO片材上存在羟基,羰基,环氧基等含氧官能团,因此所得GO膜容易在水溶液中溶胀,破坏了规则的层间结构,因此阻隔性能不佳。

近日,天津大学Baoquan Zhang教授(通讯作者)课题组制备了聚酰胺(PA)-氧化石墨烯(GO)复合膜以增强高盐溶液的渗透蒸发脱盐。薄条状结构的PA层通过界面聚合反应在基础GO膜上形成,这增强了膜表面的亲水性,并为水分子的富集和渗透提供了更多的活性位点。这种膜的水通量可以达到26.7 kg m –2 h –1在70°C下,对于3.5 wt%的NaCl水溶液,盐分截留率为99.99%。当进料盐浓度增加到10 wt%时,水通量可以保持较高水平(约24.0 kg m –2 h –1)并具有理想的离子排斥(99.99%)。此外,在制备的PA-GO复合膜的长期测试中,优异性能可以稳定保持。所有结果表明,该研究制备的PA-GO复合膜在高盐海水或水溶液的渗透蒸发脱盐中具有广阔的应用前景!相关研究工作发表在国际著名期刊Ind. Eng. Chem.Res. 上。

天津大学制备出一种复合膜,海水淡化盐分截留率可达99.99%

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