基于納米纖維的正滲透膜(eTFC-FO)作為一種滲透壓驅(qū)動(dòng)的新型膜分離技術(shù)，具有水通量高、能耗低、膜污染輕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，納米纖維膜具有高孔隙率、貫穿孔道結(jié)構(gòu)和膜厚度可控的特性，其作為eTFC-FO膜的基膜，能夠有效降低水在基膜中的傳質(zhì)阻力和運(yùn)行過程中的內(nèi)濃差極化現(xiàn)象。因此，eTFC-FO膜有望應(yīng)用于高鹽廢水(如脫硫廢水)的處理中。但納米纖維膜表面孔徑過大，不利于生成高選擇性的eTFC-FO膜表面活性層，因此其鹽截留率和運(yùn)行穩(wěn)定性較低，無法有效截留脫硫廢水中的可溶性鹽離子。
為實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的高效處理，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所研究員鄭煜銘團(tuán)隊(duì)先后制備了兩種eTFC-FO膜，并將其應(yīng)用于脫硫廢水的實(shí)際處理。研究人員首先采用聚多巴胺(PDA)中間層改性策略。PDA中間層能夠有效降低納米纖維的表面孔徑，提升界面聚合過程中MPD單體在中間層中的吸收量，可制備出厚度低、交聯(lián)度高、缺陷率低的活性分離層。該策略制備的eTFC-FO膜可在FO運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)達(dá)~43.0 LMH的水通量和~97.0%的鹽離子截留率。但中間層對剩余基膜沒有改性作用，剩余基膜仍為高疏水性PVDF納米纖維，因此其PRO模式下的膜污染嚴(yán)重，水通量下降巨大。
為解決PRO運(yùn)行模式下的基膜污染問題，研究人員進(jìn)一步采用超親水納米纖維以提升基膜抗污染性能，并結(jié)合聚多巴胺-氧化石墨烯(PDA-GO)在中間層和活性皮層同時(shí)改性的策略，以降低活性分離層在超親水基膜上的高缺陷率問題。該策略制備的eTFC-FO膜抗污染性能獲得大幅提升，可實(shí)現(xiàn)在FO和PRO兩種模式下的穩(wěn)定運(yùn)行，其中PRO模式下的水通量達(dá)~64.0 LMH，所有鹽離子截留率均高于~98.0%。
相關(guān)研究成果分別以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為題，發(fā)表在Desalination和Journal of Membrane Science上。
來源：中國科學(xué)院
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2022-07-14
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