开发用于废水处理的新型混合电荷纳滤膜

中国科学院过程工程研究所(IPE)万银华教授课题组在界面聚合(IP)后开发了一种新的“蚀刻-膨胀-种植”策略来制备混合电荷纳滤(NF)膜用于废水处理。

该类膜对无机盐具有高渗透性，同时对小分子有机物保持高截留，有利于实现高盐度有机废水再生“零排放”。

该研究于11月29日发表在《环境科学与技术》(EnvironmentalScience&Technology)上。

市售纳滤膜通常带负电荷，对二价阴离子(例如SO42-)表现出高保留能力。由于空间电荷分布不理想，目前带正电荷的纳滤膜对Na2SO4仍具有较高的截留能力，并且更容易被废水中带负电荷的有机物污染。

研究人员试图通过“蚀刻-溶胀-种植”策略加深正电荷分布并缩小聚酰胺纳滤膜的孔径，以提高小分子有机物/Na2SO4的分离选择性。

原始聚酯(PE)-聚酰胺(PA)NF膜首先通过IP工艺制备，使用哌嗪和单宁酸作为水性单体，均苯三甲酰氯和Fe(acac)3在正己烷中作为有机单体。然后，PE结构在聚乙烯亚胺(PEI)碱性溶液中被蚀刻和水解成羧基和反应性酚羟基，同时PEI分子扩散并植入溶胀的聚合物网络中，并与分离层内的单宁酸共价连接。因此，通过将聚胺聚合物深深插入带负电荷的PA层中，形成了一种独特的具有窄孔径的混合电荷膜。

这种精细调节的膜结构降低了Na2SO4的保留(从97%到43%)，并且在同时增加葡萄糖的保留(从45%到71%)。由于其高表面亲水性和光滑度以及在PA层内保留了大量带负电荷的基团(即-OH和-COOH)，所得膜表现出优异的防污性能，即使对于焦化废水也是如此。

“基于受贻贝启发的儿茶酚胺化学，我们开发了一种新的可扩展策略来修饰PANF膜，”IPE的罗建全教授说，他是该研究的通讯作者。“我们的工作还强调了电荷分布在带电溶质精确分离中的重要性。”