<i>α</i>-环糊精改性反渗透膜制备及耐高温性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0858

摘要/Abstract

摘要：

高温废水处理一直是各行业水处理的难点，尤其是在受高温限制的反渗透膜水处理领域，而热稳定膜材料的研究和制备是解决这一难题的关键。首先通过界面聚合在聚砜基膜表面形成聚酰胺层，再利用膜表面残留的酰氯基团与富含羟基的α-环糊精（α-CD）进行二次界面聚合，成功在聚酰胺层上构建了基于α-CD改性的聚酯保护层，制备出一种α-CD改性聚酯/聚酰胺复合反渗透膜。得益于α-CD的耐热特性和独特的纳米空腔结构，在保证通量的条件下，有效提高了反渗透膜的耐高温性能。经过3个周期的常温-高温循环测试，复合膜对氯化钠的脱除率能够保持在99.18%~99.56%范围内，水通量随温度升高而相应提升，表明α-CD改性聚酯/聚酰胺复合反渗透膜具有优良的耐高温性能。

关键词: 聚酰胺, α-环糊精, 聚酯, 反渗透膜, 高温稳定性

Abstract:

High temperature wastewater treatment has always been a challenge in various industries, especially in the field of reverse osmosis membranes that are limited by high temperatures. The research and preparation of thermally stable membrane materials are the key to solving this problem. Firstly, a polyamide layer was formed on the surface of the polysulfone base film through interface polymerization, and then residual acyl chloride groups on the membrane surface were used to undergo secondary interfacial polymerization with α-cyclodextrin(α-CD) rich in hydroxyl. A polyester protective layer modified with α-CD was successfully constructed on the polyamide layer, and an α-CD modified polyester/polyamide composite reverse osmosis membrane was prepared. Thanks to the heat-resistant properties and unique nano cavity structure of α-CD, the high temperature stability of reverse osmosis membranes has been effectively improved while ensuring flux. After three cycles of room temperature-high temperature cycling tests, the removal rate of the composite membrane for sodium chloride could be maintained within the range of 99.18% to 99.56%, and the water flux increased correspondingly with the increase of temperature, which indicated that the α-CD modified polyester/polyamide composite reverse osmosis membrane had excellent high temperature resistance.

Key words: polyamide, α-cyclodextrin, polyester, reverse osmosis membrane, high temperature stability

中图分类号:

TQ028.8

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I10/69

图/表 13

图1 TFC、PE-H2及H-PE2的ATR-FTIR光谱

Fig.1 ATR-FTIR spectra of TFC，PE-H2， and H-PE2

表1 TFC、PE-H2及H-PE2表面元素的原子数分数

Table 1 Atomic percentage of surface elements in TFC， PE-H2，and H-PE2

膜样品编号	原子数分数/%			n（O）/ n（N）	n（O）/ n（C）
膜样品编号	C	N	O	n（O）/ n（N）	n（O）/ n（C）
TFC	77.15	10.28	12.57	1.22	0.16
PE-H2	73.17	8.30	18.53	2.23	0.25
H-PE2	76.24	10.17	13.59	1.34	0.18

图2 TFC（a，b）、PE-H2（c，d）及H-PE2（e，f）的XPS谱图

Fig.2 XPS spectra of TFC（a，b），PE-H2（c，d）， and H-PE2（e，f）

图3 TFC（a，b）、PE-H2（c，d）和H-PE2（e，f）的SEM图像

Fig.3 SEM images of TFC（a，b），PE-H2（c，d）， and H-PE2（e，f）

图4 TFC（a，b）、PE-H2（c，d）和H-PE2（e，f）的AFM图像

Fig.4 AFM images of TFC（a，b），PE-H2（c，d）， and H-PE2（e，f）

表2 膜样品的表面粗糙度

Table 2 Surface roughness of each membrane

膜类型	R _a/nm
TFC	69.76
PE-H1	56.90
PE-H2	41.06
PE-H3	39.45
H-PE1	62.24
H-PE2	61.60
H-PE3	60.14

图5 膜样品的水接触角

Fig.5 Water contact angle of each membrane

图6 反渗透膜的分离性能

Fig.6 Separation performance of reverse osmosis membrane

表3 文献报道的反渗透膜耐高温性能

Table 3 High temperature resistance of reverse osmosis membranes reported in literature

膜类型/型号	运行温度/ ℃	运行压力/MPa	水通量/（L·m^-2·h^-1）	脱盐率/ %
PA/PI^〔18〕	25→95	2.76	31→165	98
PA/PPESK^〔19〕	25→95	1.6	22.9→76	99.2
TAP改性-M4^〔20〕	25→75	1.52	43→130	94.9→93
SUEZ-AD^〔21〕	25→65	1.55→0.55	35	97→96.8
SUEZ-AK^〔21〕	25→75	1.55→0.69	112	94→92.05

图7 运行温度对反渗透膜分离性能的影响

Fig.7 Effect of operating temperature on the separation performance of reverse osmosis membranes

图8 H-PE2膜的常温-高温循环测试

Fig.8 Room temperature-high temperature cycling test of H-PE2 membrane

表4 实际废水水质

Table 4 Actual wastewater quality

指标	COD/（mg·L^-1）	pH	电导率/（μS·cm^-1）	浊度/NTU	色度/度
水质	441	8.4	3 600	0.6	250

图9 TFC膜和H-PE2膜的抗污染性能

Fig.9 Antifouling performance of TFC and H-PE2 membranes

参考文献 21

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