研究纳米孔分离膜的性能

导读:二维共价三嗪框架材料（2D-CTF）可作为一类理想的二维分离膜基元体。本文天津津腾实验设备有限公司利用微界面法制备了具有寡层结构的2D-CTF-1纳米材料，并以其为基元体构筑超薄层状

来源：未知发布日期：2019-09-18 10:22【大中小】

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。

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研究纳米孔分离膜的性能

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