微孔滤膜的截留及过滤性能

天津津腾研究TFC膜和TFC-PNIPAM膜对不同盐溶液的截留性能如图1所示。从图1中可以看出,微孔滤膜对盐溶液的截留率依次为Na2SO4>MgCl2>CaCl2,表明微孔滤膜的主要截留机理为尺寸筛分效应和道南排斥效应。由于聚酰胺的羧基官能团在水溶液中易失去质子,微孔滤膜表面通常带负电荷。

通过对比阴离子价态和阳离子水合半径,表明道南排斥在离子分离过程中起主导作用。尽管钙离子的摩尔质量大于镁离子的摩尔质量,但镁离子的水合半径大于钙离子的水合半径,因此在尺寸筛分作用下,微孔滤膜对MgCl2的截留率大于CaCl2。

针对二价阴离子截留,TFC膜和TFC-PNIPAM膜对Na2SO4的截留率均达到97%以上,表明接枝改性对于二价阴离子的影响较小。面向一价阴离子截留,TFC-PNIPAM膜相比于TFC膜的截留率进一步降低。由于在界面聚合过程中掺杂了BIBB单体,聚酰胺分离层的厚度和交联度均有所下降,导致TFC-PNIPAM膜的尺寸筛分作用降低。

图1 TFC膜和TFC-PNIPAM膜对不同盐溶液的截留性能

由图2可知,随着溶液过滤体积增加,微孔滤膜通量呈现下降趋势,这是由于腐植酸和钙离子在微孔滤膜表面形成污染层,降低了微孔滤膜的过滤性能。TFC膜的污染较为严重,在过滤120mL溶液时,比通量降低至89.1%。接枝PNIPAM链可显著抑制膜污染,在过滤结束时,TFC-PNIPAM膜的比通量为97.5%。

PNIPAM链中含有大量仲酰胺官能团,可提升微孔滤膜的亲水性,增加了污染物靠近膜界面的能垒,从而减缓污染的沉积。通过膜电位分析,在pH为7的条件下,TFC膜和TFC-PNIPAM膜的电位分别为-25.4mV与-42.7mV。

因此,TFC-PNIPAM膜难以通过静电作用吸附溶液中的钙离子,在一定程度上抑制了钙离子的架桥作用,进一步降低了微孔滤膜污染。

图2 TFC膜和TFC-PNIPAM膜的比通量变化