研究纳米孔分离膜的性能

本文天津津腾实验设备有限公司研究纳米分离膜的性能，膜分离作为一种深度处理技术已在污水处理、饮用水净化、资源回收、化工分离等方面发挥重要作用并获得普遍应用，根据膜孔径大小和分离机理的不同，可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透膜等。天津津腾实验设备有限公司发现近年来，随着纳米材料的发展，兼具高通量和高选择性的二维（2D）纳米材料分离膜（如石墨烯等）获得广泛关注，特别是在二维材料合成、成膜组装、纳米通道调控及其分离应用方面取得了一系列进展，逐渐发展成为一类新型的分离膜材料。

本文天津津腾实验设备有限公司以1,4-二氰基苯为单体、二氯甲烷为反应溶剂、三氟甲磺酸为催化剂，利用三氟甲磺酸和二氯甲烷形成的界面作为聚合反应的2D微界面，制备了具有寡层结构的2D-CTF-1纳米片层材料，该二维纳米材料具有优异的溶剂分散性。通过层层组装的方法制备一定厚度的2D-CTF-1分离膜，对有机小分子染料溶液进行分离性能测试。研究结果表明，该2D-CTF-1分离膜在保持高通量的同时具有优异的分子截留性能，在分子分离领域具有广阔的应用前景。

1. 2D-CTF-1膜的分离性能
通常认为研究最为广泛的氧化石墨烯层状分离膜存在三种传质通道，即：二维层间、面内缺陷以及片层褶皱，其中二维层间是最主要的传质通道。理论上，2D-CTF-1分离膜内同样存在这三种传输路径，但与石墨烯致密碳骨架所不同的是，共价三嗪框架上高密度的纳米结构孔（也就是三嗪环与苯环围成的面内孔）可让水分子穿过，这为分离过程提供了更为丰富的传质通道。基于上述制备的2D-CTF-1分离膜，本文天津津腾实验设备有限公司测试了其在不同压力下的纯水通量。在压力为0.1 MPa（25 ℃）时，2D-CTF-1膜的纯水通量为153.7 L/（m2·h），随着压力不断增加，纯水通量逐渐增加，当压力提升到0.5 MPa时，纯水通量达到598.2 L/（m2·h）。相对应地，2D-CTF-1膜的纯水渗透系数由0.1 MPa时的1.537×103L/（m2·h·MPa）变为0.5 MPa时的1.196×103L/（m2·h·MPa），下降了22.2%。

大部分报道的纳滤膜虽然对小分子物质具有较高的截留率（超过95%），但受“trade-off”效应限制，通量相对较低（低于50 L/（m2·h））（25 ℃，0.1 MPa）。本文天津津腾实验设备发现所研究的2D-CTF-1纳米孔分离膜，具有密度大、分布均一的结构孔，使得分离膜孔径分布窄、传质通道丰富，在保持高截留（98.3%）的同时呈现高通量（132.5 L/（m2·h））（25 ℃，0.1 MPa），这比传统聚合物基膜如聚丙烯腈膜或其他新型二维膜（如GO、g-C3N4等）分离性能更加优异。

2. 结论
（1）通过微界面法成功合成了寡层2D-CTF-1纳米材料，径向尺寸为1～2 μm，片层厚度为4.6 nm，该材料具有良好的溶剂分散性。
（2）通过层层组装制备得到一定厚度的2DCTF-1分离膜，该膜表现出较高的纯水通量153.7 L/（m2·h）（25 ℃，0.1 MPa），二维面内结构孔为主要的传质通道。
（3）2D-CTF-1膜对小分子染料刚果红的分离呈现高截留率（98.3%）和高通量（132.5 L/（m2·h））（25 ℃，0.1 MPa），长时间运行下仍能维持较高的水通量和96%以上的截留率，是一类极具潜力的新型二维分离膜材料。

以上内容仅供参考。