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3FO膜的发展
3.1膜的分类
目前市场上应用最广泛的商业FO膜是由美国Hydration Technologies(HTI)公司研发生产的醋酸纤维素类FO膜,其活性层表面、膜支撑层和截面电镜(SEM)照片如图3所示。
由于FO膜的应用前景广阔,而市场上可商业化的FO膜种类有限、成本较高,HTI-FO膜具有较低的pH承受范围和较严重的ICP现象,因此高性能FO膜的制备和膜性能优化一直是国内外学者研究的热点。表1回顾了近10年来FO膜的发展情况。
目前,制备和优化FO膜的方法主要有2种:第1种方法是对现有的商业化膜(NF膜或RO膜)进行改良;这一方法被认为简单而有效,缺点在于改性后的渗透膜容易受到商业化基膜的固有特性影响,使膜性能受到限制;另1种方法是采用不同膜制备方法,研发制备出兼具高水通量、低溶质反混通量、低ICP现象和高化学稳定性等优点的高性能FO膜。
3.2相转化法制备非对称膜
相转化法制膜的基本原理是,铸膜液中的高分子聚合物在浸入非溶剂浴后快速析出,形成膜表面很薄的致密层结构和致密层下疏松的多孔层结构,即膜的基本结构。Herron Chung的团队利用干湿相转化法制备聚苯并咪唑(PBI)中空纤维纳滤膜,并将其应用于FO工艺中,PBI材料的自具电荷属性、高机械强度和出色的化学稳定性使得这种中空纤维纳滤膜很有希望取代FO膜进行水处理。此后,他们采用相转化法分别制备了单皮层和双皮层醋酸纤维素FO膜,研究发现,双皮层FO膜可以降低内浓差极化,膜性能与单皮层FO膜相比有所改进。
Sairam等尝试将不同致孔剂(乳酸、马来酸和氯化锌)加入铸膜液,利用相转化法制备平板FO膜,研究发现,利用氯化锌作致孔剂制备的FO膜性能最佳。Thi Phuong Nga Nguyen等利用CTA和CA为聚合物材料制备FO膜,研究了不同铸膜液配比和膜制备条件对膜性能的影响,他们制备的最优性能的FO膜比HTI公司生产的CTA膜具有更好的亲水性和较低的膜污染倾向。
中国海洋大学的刘蕾蕾和李丽丽等分别制备出性能优良的醋酸纤维素FO膜,研究发现,膜液配方(聚合物、添加剂含量等)、膜制备条件(蒸发时间、热处理温度等)和膜运行工况(膜放置方向、汲取液含量等)对FO过程具有重要影响。
3.3界面聚合法制备复合膜
界面聚合法是利用2种反应活性很高的单体(或预聚物)在2个不互溶的溶剂界面处发生聚合反应,从而在多孔支撑体上形成一层薄层。运用界面聚合法制备FO膜实现了分别优化多孔支撑层和活性选择层的可能性。目前,已有大量通过界面聚合法制备的中空纤维膜和平板膜应用于FO工艺中。
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