顆粒在線訊：納濾（NF）是一種性能出色的壓力驅(qū)動型膜分離工藝，已廣泛應(yīng)用于水軟化、飲用水凈化和廢水資源化。它還在采礦、冶金、印染等工業(yè)流體分離領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，而其中一些應(yīng)用場景涉及酸性環(huán)境。在長期運行過程中，由于酸會腐蝕傳統(tǒng)納濾膜材料的結(jié)構(gòu)，改變物理化學(xué)特性，從而導(dǎo)致膜性能下降。近年來聚酰胺/聚胺TFC膜在高pH條件下顯示出良好的化學(xué)穩(wěn)定性，但在高壓操作條件下分離性能低，在實際應(yīng)用過程中面對強酸、高濃度酸或高溫等苛刻運行條件下缺乏長期穩(wěn)定性驗證。

　　針對上述問題，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所研究員張凱松團(tuán)隊通過在界面聚合過程中引入催化劑1,4-苯羧酸（也稱為對苯二甲酸，TPA），制備出高性能耐酸納濾膜。在強酸、高濃度酸和高溫條件下，該膜具有更強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時也能改善膜的滲透性和分離性能。該聚胺基耐酸納濾膜具有高達(dá)12.8 Lm-2h-1 bar-1的膜通量，同時對不同鹽溶液具有高截留率，甚至在強酸和高溫條件下表現(xiàn)出良好的耐酸穩(wěn)定性。在高達(dá)80℃溫度下暴露于H2SO4和HNO3酸溶液長達(dá)720小時，聚胺基耐酸納濾膜的通量增加，其截留率只有些許下降。在長時間脫鹽穩(wěn)定性測試中，聚胺基耐酸納濾膜MgCl2截留率略微降低，表現(xiàn)出比較好的穩(wěn)定性。在CuSO4/H2SO4混合溶液納濾測試也顯示出良好的滲透選擇性。聚胺基耐酸納濾膜在特種流體分離和酸回收過程中具有良好的應(yīng)用前景。

　　研究團(tuán)隊進(jìn)一步研究了TPA在界面聚合過程中的作用機制。將更高濃度的TPA分子直接摻入到BPEI溶液中（作為添加劑/共聚單體）來制備水相溶液，該過程進(jìn)一步增強了TPA分子在IP反應(yīng)過程中的直接參與，對耐酸膜的形態(tài)、化學(xué)和功能組成、親水性、表面電荷和分離性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。TPA的摻入進(jìn)一步增強親水性、表面電荷和熱穩(wěn)定性，納濾膜純水通量為14.1 Lm-2h-1bar-1，與對照TFC膜相比提高了60%，MgCl2截留率為96.7%，暴露于酸環(huán)境中60天后性能穩(wěn)定，顯示出良好的耐酸性。

　　該研究得到科學(xué)技術(shù)部國家重點研發(fā)計劃，中科院前沿科學(xué)與教育局、國際合作局、CAS-CSIRO重點項目資助。研究成果以High performance polyamine-based acid-resistant nanofiltration membranes catalyzed with 1,4-benzenecarboxylic acid in interfacial cross-linking polymerization process和Polyamine-based thin-film composite nanofiltration membrane embedded with catalytic chemical additive for enhanced separation performance and acid stability為題發(fā)表在Journal of Membrane Science上。

TPA-BPEI/CC NF膜制備示意圖

多胺基耐酸膜與對照TFC NF膜制備過程