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城市環境所在二維納米復合中空纖維超濾膜領域取得進展
中國科學院科技產業網 / 時間:2020-01-12 16:13:29

中國科學院科技產業網2019年12月30日訊:膜分離技術具有操作簡單、能耗低、無二次污染等優點,其應用領域不斷拓展。目前膜分離技術,尤其是超濾技術,由于其靈活性、性價比高、效率高、環境友好等優點,在污水處理、水凈化、蛋白質濃縮、酶縮、酶提取等多個領域得到廣泛應。然而傳統高分子聚合物中空纖維超濾膜在使用過程中由于機械性能低、水通量小、親水性差、抗污染性能低等缺點限制其廣泛應用。為減少成本,增強膜的耐污染性,延長膜的使用壽命,制備具有高親水性、高抗污染性能的中空纖維超濾膜是關鍵所在。近年來,大多數研究熱點都集中于通過引入無機二維(2D)納米材料來改善膜的性能。典型的二維納米材料,如氧化石墨烯(GO)納米材料及其衍生物,由于其高縱橫比、低密度、良好的力學性能和提供額外水通道的能力,在膜分離領域顯示出廣闊的應用前景。
??基于此,中國科學院城市環境研究所膜科學與技術研究組(張凱松研究團隊)通過酸處理、氧化和超聲過程進一步功能化二硫化鉬二維納米片層材料,制備高親水性改性劑氧化二硫化鉬(O-MoS2),并作為改性劑共混在鑄膜液中制備了PMIA/O-MoS2復合中空纖維超濾膜,在不降低截留率的情況下提高膜的滲透性能和抗污染能力。實驗結果表明:與原始的MoS2相比,O-MoS2的Zeta電位更低,親水性更好;隨著O-MoS2的加入,提高了復合中空纖維膜表面的Zeta電位,PMIA中空纖維超濾膜表面親水性增強(接觸角從72.9°下降到55.3°),說明O-MoS2與PMIA中空纖維復合膜表面親水性、電負性的增強直接相關;O-MoS2的添加量為0.20 wt.% O-MoS2時,復合膜的PWF最高(209.0L· m-2· h-1),比原始PMIA膜(158.3L· m-2· h-1)高31.6 %,而截留率基本不變;同時隨著鑄膜液內O-MoS2含量的增加,復合膜表面的耐污染性能顯著增強。
??近日,該研究成果以Enhanced performance of poly(m-phenylene isophthalamide) (PMIA) composite hollow fiber ultrafiltration membranes by O-MoS2 nanosheets modification 為題發表于國際期刊Desalination and water treatment(166 (2019) 245-258)。博士生姜欽亮為第一作者,研究員張凱松為通訊作者。該研究得到中科院前沿科學與教育局項目(QYZDB-SSW-DQC044)與中科院國際合作局項目(132C35KYSB20160018)資助。

 

圖:氧化二硫化鉬的制備及PMIA中空纖維超濾膜改性前后分離及耐污染性能對比圖

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