天津津騰研究TFC膜和TFC-PNIPAM膜對不同鹽溶液的截留性能如圖1所示。從圖1中可以看出,微孔濾膜對鹽溶液的截留率依次為Na2SO4>MgCl2>CaCl2,表明微孔濾膜的主要截留機(jī)理為尺寸篩分效應(yīng)和道南排斥效應(yīng)。由于聚酰胺的羧基官能團(tuán)在水溶液中易失去質(zhì)子,微孔濾膜表面通常帶負(fù)電荷。

通過對比陰離子價態(tài)和陽離子水合半徑,表明道南排斥在離子分離過程中起主導(dǎo)作用。盡管鈣離子的摩爾質(zhì)量大于鎂離子的摩爾質(zhì)量,但鎂離子的水合半徑大于鈣離子的水合半徑,因此在尺寸篩分作用下,微孔濾膜對MgCl2的截留率大于CaCl2。

針對二價陰離子截留,TFC膜和TFC-PNIPAM膜對Na2SO4的截留率均達(dá)到97%以上,表明接枝改性對于二價陰離子的影響較小。面向一價陰離子截留,TFC-PNIPAM膜相比于TFC膜的截留率進(jìn)一步降低。由于在界面聚合過程中摻雜了BIBB單體,聚酰胺分離層的厚度和交聯(lián)度均有所下降,導(dǎo)致TFC-PNIPAM膜的尺寸篩分作用降低。

圖1 TFC膜和TFC-PNIPAM膜對不同鹽溶液的截留性能

由圖2可知,隨著溶液過濾體積增加,微孔濾膜通量呈現(xiàn)下降趨勢,這是由于腐植酸和鈣離子在微孔濾膜表面形成污染層,降低了微孔濾膜的過濾性能。TFC膜的污染較為嚴(yán)重,在過濾120mL溶液時,比通量降低至89.1%。接枝PNIPAM鏈可顯著抑制膜污染,在過濾結(jié)束時,TFC-PNIPAM膜的比通量為97.5%。

PNIPAM鏈中含有大量仲酰胺官能團(tuán),可提升微孔濾膜的親水性,增加了污染物靠近膜界面的能壘,從而減緩污染的沉積。通過膜電位分析,在pH為7的條件下,TFC膜和TFC-PNIPAM膜的電位分別為-25.4mV與-42.7mV。

因此,TFC-PNIPAM膜難以通過靜電作用吸附溶液中的鈣離子,在一定程度上抑制了鈣離子的架橋作用,進(jìn)一步降低了微孔濾膜污染。

圖2 TFC膜和TFC-PNIPAM膜的比通量變化