Потенциал новых мембран Nf в очистке воды

В дополнение к мембраны NF, легированные наноматериаламиВ последние годы все большее внимание уделяется получению высокоэффективных полиамидных НФ-мембран с межслойной структурой.Межслойная структура этой мембраны может быть равномерно покрыта/осаждена на подложку с образованием многослойной структуры перед формированием полиамидного разделительного слоя посредством обычной межфазной полимеризации. Вводя понятие расходуемого слоя, Karan et al.использовали нанопроволоки гидроксида кадмия для модуляции межфазной реакции полимеризации и скорости диффузии мономера м-фенилендиамина для получения полиамидной мембраны с ультратонким разделительным слоем, что позволило превысить поток воды мембраны TFNi по сравнению с коммерческими мембранами примерно на 2 порядка. величина, в то время как селективность мембраны не затрагивается, нарушая компромисс между проницаемостью и селективностью мембраны.В последние годы все больше и больше исследователей создают композитные НФ-мембраны с нульмерными наночастицами, одномерными нанопроволоками, двумерными слоями нанолистов и другими межфазными покрытиями в качестве промежуточного слоя посредством поверхностного покрытия, ковалентного связывания, совместного осаждения, на месте. рост и испарение.

По сравнению с обычные полиамидные мембраны NF, композитные мембраны на основе промежуточного слоя (TFNi) обеспечивают значительное улучшение потока воды (обычно увеличение в 2–10 раз) и селективности за счет следующих механизмов:

1) Мембраны TFNi имеют высокопроницаемую межслойную структуру, оптимизирующую транспорт воды (эффект притока) полиамидного слоя.В частности, для обычных мембран NF без промежуточного слоя, при условии, что субстрат непроницаем, молекулы воды, проходящие через полиамидный разделительный слой, должны пройти в поры субстрата, прежде чем они будут собраны.В результате слой полиамида на расстоянии от пор должен проходить по наклонной траектории через слой полиамида с более высоким сопротивлением.С добавлением промежуточного слоя, в соответствии с моделью гидравлического минимального сопротивления, молекулы воды предпочтительно будут проходить более короткий путь через полиамидный слой с более высоким сопротивлением и более длинный путь через рыхлый промежуточный слой с более низким сопротивлением, что приводит к фактическому эффективному пути транспортировки TFNi. мембрана на порядок ниже, чем у обычная мембрана NF без прослойки, тем самым значительно увеличивая поток воды.

2) Оптимизация полиамидного разделительного слоя за счет межслойного материала.Промежуточный слой изменяет реакцию межфазной полимеризации, устраняя образование полиамида в порах подложки во время традиционной межфазной полимеризации и снижая сопротивление трансмембранной мембраны.В то же время промежуточный материал также имеет преимущество в улучшении реакции межфазной полимеризации in situ (например, контролируя скорость реакции мономера или препятствуя выходу нанопузырьков во время межфазной полимеризации, тем самым образуя больше полостей внутри полиамидного разделительного слоя), что приводит к в лучшем селективном полиамидном слое (например, более тонком и более высоком сшивке), что еще больше увеличивает поток воды и селективность мембраны TFNi.

Ян и др.покажи это Мембраны TFNi с высокими потоками может снизить потребление энергии до 80% в системах повторного использования воды, где осмотическое давление исходной жидкости низкое, при этом улучшая удержание следов загрязняющих веществ.Тем не менее, существующие исследования мембран TFNi были сосредоточены на водно-солевой селективности, и необходимы будущие исследования по удалению следовых примесей, тяжелых металлов, побочных продуктов дезинфекции и т. д. Стоимость мембран TFNi, их долговременная стабильность и выщелачивание легированных наноматериалов необходимо полностью учитывать.Будущие исследования могут дать количественную оценку потока воды и механизмов переноса воды/растворенного вещества и растворенного вещества/растворенного вещества из промежуточного слоя в мембраны TFNi посредством дополнительной работы по моделированию, а также изучить загрязнение мембраны и устойчивость к хлору на основе промежуточного слоя, чтобы продвигать его применение для очистки воды и повторного использования воды. .