第一作者为博士生陈贵靖，通讯作者为刘百仓教授。
「文章简介」
川北地区农村地下水中硬度离子含量高，在聚酰胺纳滤膜过滤时会发生严重膜结垢现象。为了缓解该现象的发生，我们充分利用界面聚合过程中残留在聚酰胺纳滤层表面的活性官能团（酰氯和伯胺基），让它们分别与三种含有季铵盐的小分子单体发生化学接枝反应（氯化胆碱、2,3-二羟基-N，N，N-三甲基丙烷-1-氯化铵和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵），成功地在荷负电的杂化聚酰胺纳滤层表面搭建一个弱荷正电场域，转变了膜表面的物化特性，降低了羧基密度，尤其是缓解了膜结垢现象。与未修饰纳滤膜相比，改性纳滤膜对LiCl截留率更高，证明对轻质一价阳离子有静电排斥效应，且Zeta电位值变小也支持膜表面荷电特性的变化。化学接枝行为将纳滤膜的硫酸盐/氯离子分离系数从13.6提高到34.0，表明新的纳滤膜在保持典型荷负电膜的脱盐机理同时选择性有所提高。xDLVO理论计算结果指出减少NF膜表面的极性相互作用对提高抗污染性能至关重要。在过滤地下水实验中，一方面，改性纳滤膜表面由季胺盐搭建的弱荷正电场通过静电排斥来主动防止Ca2+与膜表面接触，减少膜表面CaCO3成核几率；另一方面，带负电的聚酰胺纳滤层通过静电排斥CO₃2−同时过滤液会保持电中性而优先保留相同电荷阳离子，从而会被动阻碍Ca2+与膜表面的接触，也会减少膜表面形成CaCO3成核几率。这一双重机理有效地改善了聚酰胺膜的结垢行为。
图1 纳滤膜表面化学接枝示意图
图2 膜表面的化学基团。(a) ATR-FITR: 4000 ~ 2000 cm-1, (b) ATR-FITR: 2000 ~ 450 cm-1, (c) XPS光谱, (d)元素含量, (e) C1s 分峰和(f) N1s 分峰
图3 膜表面形貌图
图4 膜的物化特性. (a) MWCO, (b) 孔尺寸和分布, (c) Zeta 电位和 (d)水接触角.
图5 单盐溶液的渗透与截留率
图6 膜的抗BSA污染特性
表1 NF膜与BSA之间的表面张力和自由能
图 7 膜过滤地下水性能. (a) 渗透与截留率, (b) 各离子的截留率, (c) DOC值和去除率和 (d) 长时间过滤的通量变化
图8 地下水的EEM图. (a)原水, (b) M0膜过滤水, (c) M1膜过滤水, (d) M2膜过滤水和(e) M3膜过滤水. (IV区:可溶性微生物副产物样物质(Ex/Em = 250-440/280-380 nm), V区:腐殖质样物质(Ex/Em = 250-400/380-540 nm))
图 9 长时间过滤后膜表面的污染物
表2 膜表面污染层的元素含量
图10 纳滤膜抗结垢机理示意图. (a) M0膜过滤地下水, (b) M1膜过滤地下水, (c)长期过滤后M0膜CaCO3结垢和(d)长期过滤后M0膜CaCO3结垢
「原文信息」
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916424011470
「部分作者介绍」
第一作者
博士生：陈贵靖
通讯作者
刘百仓 教授
工作单位：四川大学
通讯邮箱：bcliu@scu.edu.cn
先进膜与水资源可持续利用团队
http://www.baicangliu.org
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