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研究納米孔分離膜的性能

導(dǎo)讀:二維共價三嗪框架材料（2D-CTF）可作為一類理想的二維分離膜基元體。本文天津津騰實驗設(shè)備有限公司利用微界面法制備了具有寡層結(jié)構(gòu)的2D-CTF-1納米材料，并以其為基元體構(gòu)筑超薄層狀


返回列表 來源：未知 發(fā)布日期：2019-09-18 10:22【大 中 小】
本文天津津騰實驗設(shè)備有限公司研究納米分離膜的性能，膜分離作為一種深度處理技術(shù)已在污水處理、飲用水凈化、資源回收、化工分離等方面發(fā)揮重要作用并獲得普遍應(yīng)用，根據(jù)膜孔徑大小和分離機(jī)理的不同，可分為微濾、超濾、納濾和反滲透膜等。天津津騰實驗設(shè)備有限公司發(fā)現(xiàn)近年來，隨著納米材料的發(fā)展，兼具高通量和高選擇性的二維（2D）納米材料分離膜（如石墨烯等）獲得廣泛關(guān)注，特別是在二維材料合成、成膜組裝、納米通道調(diào)控及其分離應(yīng)用方面取得了一系列進(jìn)展，逐漸發(fā)展成為一類新型的分離膜材料。

本文天津津騰實驗設(shè)備有限公司以1,4-二氰基苯為單體、二氯甲烷為反應(yīng)溶劑、三氟甲磺酸為催化劑，利用三氟甲磺酸和二氯甲烷形成的界面作為聚合反應(yīng)的2D微界面，制備了具有寡層結(jié)構(gòu)的2D-CTF-1納米片層材料，該二維納米材料具有優(yōu)異的溶劑分散性。通過層層組裝的方法制備一定厚度的2D-CTF-1分離膜，對有機(jī)小分子染料溶液進(jìn)行分離性能測試。研究結(jié)果表明，該2D-CTF-1分離膜在保持高通量的同時具有優(yōu)異的分子截留性能，在分子分離領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1. 2D-CTF-1膜的分離性能
通常認(rèn)為研究最為廣泛的氧化石墨烯層狀分離膜存在三種傳質(zhì)通道，即：二維層間、面內(nèi)缺陷以及片層褶皺，其中二維層間是最主要的傳質(zhì)通道。理論上，2D-CTF-1分離膜內(nèi)同樣存在這三種傳輸路徑，但與石墨烯致密碳骨架所不同的是，共價三嗪框架上高密度的納米結(jié)構(gòu)孔（也就是三嗪環(huán)與苯環(huán)圍成的面內(nèi)孔）可讓水分子穿過，這為分離過程提供了更為豐富的傳質(zhì)通道?；谏鲜鲋苽涞?D-CTF-1分離膜，本文天津津騰實驗設(shè)備有限公司測試了其在不同壓力下的純水通量。在壓力為0.1 MPa（25 ℃）時，2D-CTF-1膜的純水通量為153.7 L/（m2·h），隨著壓力不斷增加，純水通量逐漸增加，當(dāng)壓力提升到0.5 MPa時，純水通量達(dá)到598.2 L/（m2·h）。相對應(yīng)地，2D-CTF-1膜的純水滲透系數(shù)由0.1 MPa時的1.537×103L/（m2·h·MPa）變?yōu)?.5 MPa時的1.196×103L/（m2·h·MPa），下降了22.2%。

大部分報道的納濾膜雖然對小分子物質(zhì)具有較高的截留率（超過95%），但受“trade-off”效應(yīng)限制，通量相對較低（低于50 L/（m2·h））（25 ℃，0.1 MPa）。本文天津津騰實驗設(shè)備發(fā)現(xiàn)所研究的2D-CTF-1納米孔分離膜，具有密度大、分布均一的結(jié)構(gòu)孔，使得分離膜孔徑分布窄、傳質(zhì)通道豐富，在保持高截留（98.3%）的同時呈現(xiàn)高通量（132.5 L/（m2·h））（25 ℃，0.1 MPa），這比傳統(tǒng)聚合物基膜如聚丙烯腈膜或其他新型二維膜（如GO、g-C3N4等）分離性能更加優(yōu)異。

2. 結(jié)論
（1）通過微界面法成功合成了寡層2D-CTF-1納米材料，徑向尺寸為1～2 μm，片層厚度為4.6 nm，該材料具有良好的溶劑分散性。
（2）通過層層組裝制備得到一定厚度的2DCTF-1分離膜，該膜表現(xiàn)出較高的純水通量153.7 L/（m2·h）（25 ℃，0.1 MPa），二維面內(nèi)結(jié)構(gòu)孔為主要的傳質(zhì)通道。
（3）2D-CTF-1膜對小分子染料剛果紅的分離呈現(xiàn)高截留率（98.3%）和高通量（132.5 L/（m2·h））（25 ℃，0.1 MPa），長時間運(yùn)行下仍能維持較高的水通量和96%以上的截留率，是一類極具潛力的新型二維分離膜材料。

以上內(nèi)容僅供參考。