Структура, механизм и разделительные свойства новых мембран Nf

Общие нанокомпозитные мембраны NF могут быть классифицированы как мембраны NF с поверхностным покрытием (SLN), мембраны с нанолегированным слоем полиамида (TFN) и мембраны с гибридной матрицей наноматериала (TFCn).Структура и основные свойства этих трех типов мембран представлены в табл. 2. СЛУ-мембраны могут быть получены путем прививки или осаждения наноматериалов на поверхность полиамидных слоев.Поверхность мембраны, модифицированная наноматериалами, может существенно повысить устойчивость мембраны к загрязнению или антибактериальные свойства, тем самым повысив эффективность очистки мембраны и продлив срок ее службы».

Однако дополнительное поверхностное покрытие неизбежно увеличивает сопротивление мембраны, тем самым уменьшая поток воды через мембрану и увеличивая рабочее давление и потребление энергии.Лю и др.использовали щетки из амфотерного полимера для модификации поверхности коммерческих мембран, существенно улучшая гидрофильность поверхности мембраны.Адгезия модифицированных мембран TFC к белкам бычьей сыворотки была значительно снижена, что существенно повысило устойчивость мембран к загрязнению.Кроме того, благодаря повышенной гидрофильности поверхности мембран модифицированные композитные мембраны также значительно снижают процесс растворения-диффузии гидрофобных загрязнителей, таких как эндокринные разрушители или пестициды, улучшая удаление гидрофобных загрязнителей.Го и др.использовали дофаминовое покрытие для модификации коммерческих мембран NF90 и обнаружили, что повышенная гидрофильность поверхности мембран способствует удалению эндокринных разрушителей.

В будущем, Мембрана TFC при проектировании следует учитывать не только удаление соли, но и избирательное удаление загрязняющих веществ для обеспечения безопасного повторного использования сточных вод.Амидные связи в полиамидном слое обычных мембран NF подвержены воздействию хлора и разложению, что приводит к снижению скорости удаления.Мембраны TFC с поверхностным покрытием или привитые избегают прямого контакта между полиамидным слоем и хлором, тем самым улучшая устойчивость мембраны к хлору.

В дополнение к прививке/покрытию наноматериалов на поверхности мембраны, высокоэффективные нанолегированные мембраны TFN также могут быть получены путем легирования частиц внутри полиамидного слоя. JEONG et al.включил цеолитные наноматериалы (диаметр пор 0,4 нм) в полиамидный слой во время межфазной полимеризации для улучшения водного потока тонкопленочной композитной мембраны.

Поток воды р. модифицированные цеолитом мембраны TFN была в два раза выше, чем в контрольной группе, но скорость удерживания NaCl мембранами TFN существенно не снижалась.Впоследствии исследователи провели исследования по приготовлению и применению мембран TFN и успешно коммерциализировали мембраны TFN (например, опреснительную мембрану NanoH2O компании LG и мембрану прямого осмоса Aquaporin A/S1 компании AQUAPORIN на основе белковых водных каналов).Помимо применения в опреснении, мембраны TFN также имеют большой потенциал в области водоподготовки и повторного использования воды.Что касается мембранной селективности, модифицированные мембраны продемонстрировали некоторое снижение скорости удаления солей, но их удержание эндокринных разрушителей было значительно улучшено, что демонстрирует большой потенциал мембран TFN NF, легированных MOF, при повторном использовании воды.Однако у мембран ТФН есть и очевидные недостатки, например их долговременная стабильность после легирования наночастицами и оценка их токсикологических свойств.

Кроме того, было обнаружено, что после 10 лет использования мембраны TFN демонстрируют ограниченное улучшение характеристик (например, ограниченное улучшение водопроницаемости) и снижение селективности (возможно, из-за агломерации наноматериалов, создающих дефекты в слое PA).Еще один распространенный нанолегированная мембрана NF представляет собой добавление наноматериалов в заливочный раствор для получения нанолегированной подложки путем фазового превращения с последующей межфазной полимеризацией для получения композитной мембраны с гибридной подложкой из наноматериала (TFCn). JEONG et al.сначала добавили цеолит к полиалюминиевой подложке для получения мембраны TFCn на основе цеолита, и модифицированная мембрана TFCn имела более высокий поток воды и лучшее сопротивление сжатию (уплотнение).

С тех пор мембраны TFNn широко используются в прямом осмосе, где повышенная гидрофильность и пористость субстрата снижают внутримембранную концентрационную поляризацию (ICP) и увеличивают поток воды через мембрану.Однако некоторые исследования показали, что нанолегированные материалы подложки оказывают большее влияние на процесс межфазной полимеризации, что приводит к снижению селективности мембран.