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行业前沿 给火热的聚酯纳滤膜泼点凉碱水: 耐碱性差是不是致命弱点?
浙江省膜学会 / 时间:2024-08-07 09:44:04

浙江省膜学会官方澎湃号8月6日讯作者按:聚酯纳滤膜已经成为纳滤膜领域的一个热点和新星,文章发了很多,其中不乏一些NS级别的顶刊文章,但是大部分文章都很少关注聚酯纳滤膜的一个重要的潜在问题: 耐碱性。该问题是聚酯纳滤膜未来发展不可回避的问题。

只有最近的一篇Science关注了该问题: 南京理工大学,重磅Science:聚酯膜!挑战聚酰胺膜,用于高性能反渗透海水淡化!但是也仅仅是关注,仍然缺少对该问题的系统研究。出于严重的好奇心,我们进行了以下研究。

研究背景

在水处理和工业分离领域,纳滤膜技术因其高选择性、操作简便和空间占用小而受到广泛应用。聚酰胺(Polyamide, PA)纳滤膜虽然在实际生产中表现出色,但存在一些局限性,如易受污染、氯耐受性差等。聚酯(Polyester)纳滤膜以其优越的抗污染性、高通量和耐氯性,成为研究的热点。然而,聚酯结构在碱性环境下的稳定性尚未充分理解,这对于实际应用中的膜清洗和长期运行至关重要。本研究聚焦于此,旨在填补这一研究空白,为聚酯纳滤膜的设计、制备和应用提供理论依据和实践指导。

研究内容

本研究通过界面聚合技术,使用八种不同的羟基单体与三甲基氯化物(TMC)反应,制备了一系列聚酯纳滤膜。研究了这些膜在pH 12.4的碱性条件下的稳定性,系统地记录了水通量和溶质截留率的变化,并运用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、zeta电位、接触角分析、X射线光电子能谱(XPS)等技术对膜的水解过程中的物理化学结构变化进行了详细分析。

总结

研究结果表明,聚酯纳滤膜的稳定性受其化学结构中羟基官能团的数量和位置显著影响。在碱性条件下,聚酯膜的酯键容易发生水解,导致膜性能下降。DFT计算为预测聚酯结构的稳定性提供了理论依据。本研究不仅增进了对聚酯纳滤膜性质的理解,还突出了其在碱性环境中的关键脆弱性,对于指导未来纳滤膜材料的改进和工业应用具有重要意义。未来研究应进一步探索提高聚酯纳滤膜在碱性条件下稳定性的策略,如设计新型的化学结构、开发非碱性的高效膜清洗剂等,以期实现聚酯纳滤膜的商业化和规模化应用。

作者再按一下

虽然不得不承认一些机理和推测还有待进一步验证,但该研究还是很有意义的。结果其实我们自己也有点惊讶,聚酯纳滤膜的耐碱性原来真的很差劲,尤其是邻苯三酚结结构单体制备的,简直不堪一击。看来,聚酯纳滤膜的耐碱性问题道阻且长。要么增强他的耐碱性,就像增强聚酰胺的耐氯性,要么就是避免在使用过程中用碱清洗。看来,没有完美的材料,选择耐氯还是耐碱,这是个问题。(本刊有删节)详情见官网

该论文发表在期刊《Desalination》,文章DOI号: 10.1016/j.desal.2024.117961