来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/10/31 9:51:28
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FESE | 前沿研究:用于海水淡化的高渗透选择性和抗生物污染反渗透膜的制备

论文标题:Preparation of reverse osmosis membrane with high permselectivity and anti-biofouling properties for desalination(用于海水淡化的高渗透选择性和抗生物污染反渗透膜的制备)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Xinxia Tian, Hui Yu, Jun Yang, Xiaotai Zhang, Man Zhao, Yang Yang, Wei Sun, Yangyang Wei, Yin Zhang, Jian Wang, Zhun Ma

发表时间:15 Jul 2022

DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0

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原文链接(点击“阅读原文”直接获取)

https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s1178-021-1497-0

文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(7): 89

原文信息

题目:

Preparation of reverse osmosis membrane with high permselectivity and anti-biofouling properties for desalination

作者:

Xinxia Tian1, Hui Yu1, Jun Yang2, Xiaotai Zhang1, Man Zhao1, Yang Yang1, Wei Sun1, Yangyang Wei1, Yin Zhang1, Jian Wang ()1, Zhun Ma ()3

作者单位:

1 The Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization, China

2 Tianjin Huanke Environment Consulting CO., Ltd., China

3 Shandong University of Science and Technology, China

通讯作者邮箱:

wangjian@isdmu.com.cn;

mzyxy199@163.com

关键词:

Anti-biofouling grafting (抗生物污染接枝);

Nanoparticle incorporation (纳米颗粒掺入);

Sterilization rates (灭菌率);

Water flux (水通量);

Water flux recovery (水通量恢复)

文章亮点

• 结合纳米颗粒和抗生物污染接枝制备了高选择性渗透和抗生物污染性能的RO膜;

• 水滑石掺入即提高水通量也充当接枝位点;

• 改性膜的水通量恢复率优于原始膜;

• 改性膜大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的杀菌率远高于原始膜。

文章简介

反渗透(RO)因其在苦咸水和海水淡化中的广泛应用受到关注,由致密分离层和多孔支撑层组成的薄膜复合(TFC)聚酰胺(PA)反渗透膜是该领域的主导产品,然而相对较低的渗透选择性和膜污染限制了其在海水淡化中的应用。再此基础上,提出了结合了聚合物和无机纳米材料优点的纳米复合(TFN)膜,掺入适量的纳米颗粒可以在不牺牲截留率的情况下提高水通量,以赋予膜抗生物污染的特性。此外,其他膜改性的方法(表面涂层和接枝)已被证明是防止污染物粘附或杀死微生物的有效方法。然而,这些方法同样面临水稳定性差、截留率较低的问题。而在嵌入 PA 基质的纳米颗粒上接枝抗生物污染的官能团可能是一种有效的策略,可以在不破坏 PA 基质的情况下赋予 RO 膜抗生物污染的能力。

据此,本文通过纳米颗粒掺入和抗生物污染接枝制备了具有高通量和抗生物污染性能的 RO 膜。水滑石 (HT) 掺入具有双重作用,即提高水通量并充当接枝位点。HT的加入增加了水通量而不降低截留率,补偿了后续接枝反应造成的通量下降,HT的暴露表面作为抗生物污染剂的接枝位点。改性膜 PA-HT-0.06 的水通量为49.8 L/m2 h,比原始膜高 16.4%,而截留率为99.1%,与原始膜相当。对于负电荷溶菌酶的污染,改性膜的水通量恢复率优于原始膜(PA-HT-0.06 为 86.8%,PA-pristine 为 78.2%)。 PA-HT-0.06膜对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的杀菌率分别为97.3%和98.7%,远高于原始膜(大肠杆菌24.0%,枯草芽孢杆菌26.7%)。

文章摘要图

编委点评

开发具有高渗透选择性和抗污染的反渗透膜对苦咸水和海水淡化的应用具有重要意义。本文通过引入双重作用的水滑石作为无机填料,制备了新型聚酰胺反渗透膜,重点考察了其水通量变化以及抗生物污染的性能,提出了HT 掺入和 DMOTPAC 接枝效果的作用机制,为之后高性能海水淡化膜的开发提供了理论基础。

编者 | 孙阔

点评 | 董应超

致 谢

孙阔,男,28岁,大连理工大学环境学院2020级博士生,研究方向为陶瓷基金属有机框架分离膜水处理应用。

摘要

High performance is essential for the polyamide (PA) reverse osmosis (RO) membranes during the desalination process. Herein, RO membranes with high permselectivity and anti-biofouling properties were fabricated by nanoparticles incorporation and anti-biofouling grafting. Hydrotalcite (HT) incorporation was performed with a dual role, enhancing water flux and acting as grafting sites. The HT incorporation increased the water flux without sacrificing the salt rejection, compensating for the loss caused by the following grafting reaction. The exposed surface of HT acted as grafting sites for anti-biofouling agent dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammonium chloride (DMOTPAC). The combination of HT incorporation and DMOTPAC grafting endowed RO membranes with high permselectivity and anti-biofouling properties. The water flux of the modified membrane PA-HT-0.06 was 49.8 L/m2·h, which was 16.4% higher than that of the pristine membrane. The salt rejection of PA-HT-0.06 was 99.1%, which was comparable to that of the pristine membrane. As to the fouling of negatively charged lysozyme, the modified membrane’s water flux recovery was superior to that of the pristine membrane (e.g. 86.8% of PA-HT-0.06 compared to 78.2% of PA-pristine). The sterilization rates of PA-HT-0.06 for E. coli and B. subtilis were 97.3% and 98.7%, much higher than those of the pristine membrane (24.0% for E. coli and 26.7% for B. subtilis).

期刊简介

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