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eTFC-FO膜在脱硫废水处理的应用进展
更新时间:2022-07-26 来源:中科院城市环境研究所

  高盐废水是指总含盐量至少3.5wt%的废水。

  高盐废水来源广泛、成分复杂,通常含有大量Cl-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+等可溶性无机盐离子,以及含量不等的重金属离子。

  其中,火电厂洗煤工艺中产生的脱硫废水就是一种典型的工业高盐废水。

  因此,高盐废水的处理难度极大,能耗极高,并且处理过程中通常还伴有结晶、结垢和二次污染等问题。

  基于纳米纤维的正渗透膜(eTFC-FO)作为一种渗透压驱动的新型膜分离技术,具有水通量高、能耗低、膜污染轻等优点。

  同时,纳米纤维膜具有高孔隙率、贯穿孔道结构和膜厚度可控的特性,其作为eTFC-FO膜的基膜,能够有效降低水在基膜中的传质阻力和运行过程中的内浓差极化现象。

  因此,eTFC-FO膜十分有望应用于如脱硫废水等高盐废水的处理中。

  但纳米纤维膜表面孔径过大,不利于生成高选择性的eTFC-FO膜表面活性层, 因此其盐截留率和运行稳定性较低,无法有效截留脱硫废水中的可溶性盐离子。

  为实现脱硫废水的高效处理,中国科学院城市环境研究所郑煜铭研究组先后制备了两种eTFC-FO膜,并将其应用于脱硫废水的实际处理。

  研究首先采用聚多巴胺(PDA)中间层改性策略(策略1)。PDA中间层能够有效降低纳米纤维的表面孔径,并提升界面聚合过程中MPD单体在中间层中的吸收量,可制备出厚度低、交联度高、缺陷率低的活性分离层。

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  策略1制备的eTFC-FO膜可在FO运行模式下实现高达~43.0 LMH的水通量和~97.0%的盐离子截留率。但中间层对剩余基膜没有改性作用,剩余基膜仍为高疏水性PVDF纳米纤维,因此其PRO模式下的膜污染严重,水通量下降巨大。

  为解决PRO运行模式下的基膜污染问题,研究进一步采用超亲水纳米纤维以提升基膜抗污染性能,并结合聚多巴胺-氧化石墨烯(PDA-GO)在中间层和活性皮层同时改性的策略(策略2),以降低活性分离层在超亲水基膜上的高缺陷率问题。

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  策略2制备的eTFC-FO膜抗污染性能获得巨大提升,可实现在FO和PRO两种模式下的稳定运行,其中PRO模式下的水通量可高达~64.0 LMH,所有盐离子截留率均高于~98.0%。

  相关研究成果分别以High performance electrospun thin-film composite forward osmosis membrane by tailoring polyamide active layer with polydopamine interlayer for desulfurization wastewater desalination和Super-hydrophilic nanofiber substrate supported forward osmosis membrane with less polyamide layer defects by polydopamine-graphene oxide modification for high salinity desulfurization wastewater desalination为题,发表在国际期刊Desalination和Journal of Membrane Science上。两篇论文由博士生李兵与柯小雪合作完成,郑煜铭研究员为通讯作者。


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