微孔滤膜的分离性能

流量和截留性能是微孔滤膜重要的本征参数,可直观地反映微孔滤膜性能。下图为TFC膜和TFC-PNIPAM膜在不同跨膜压力下的纯水流量图,可以发现TFC膜和TFC-PNIPAM膜的流量在1~6bar跨膜压力下呈现正相关性,表明微孔滤膜的超滤支撑层、聚酰胺分离层和PNIPAM链均具有较好的机械稳定性,可在高压错流条件下长期稳定运行。

在跨膜压力为5bar时,TFC膜的纯水流量为49.3L/(m2·h),该流量与传统微孔滤膜流量相近。通过对比1~6bar跨膜压力下的纯水流量值,可以发现TFC-PNIPAM膜的纯水流量相比TFC膜提升约71%。

天津津腾前期研究表明,聚酰胺分离层的阻力占据微孔滤膜总阻力的95%以上,因此微孔滤膜的流量主要与界面聚合过程中形成的聚酰胺分离层有关。在制备TFC-PNIPAM膜的过程中,在有机相中引入了BIBB单体,由于BIBB单体仅有一个与PIP的反应位点,可局部终止该位点处的缩聚反应,使形成的聚酰胺分离层具有较低的交联度与厚度,因此TFC-PNIPAM膜的纯水流量显著提升。

同时,PNIPAM具有大量亲水的仲酰胺基团,可以通过氢键作用吸附水分子并在膜表面形成一层致密的水合层,进一步提升TFC-PNIPAM膜的纯水流量。由于TFC-PNIPAM膜的流量显著提升,可降低微孔滤膜运行过程中的能耗。

TFC膜和TFC-PNIPAM膜在不同跨膜压力下的纯水通量