近日，城市水资源与水环境国家重点实验室成员、哈尔滨工业大学（威海）程喜全副教授研究团队提出一种聚酰胺纳滤膜孔径精细调节策略，制备出两种性能优异纳滤膜，并分别针对染料废水和重金属污染废水展现出优异的分离性能。该项策略在原界面聚合体系中加入哌嗪单体或者对苯二甲酰氯单体，通过调节交联孔尺寸与纳滤膜表面电荷，实现分离效率优化，获得性能优异纳滤膜。

图1 嵌入不同结构调节剂后聚酰胺层的化学结构

  PIP的加入增大了交联网络的间距，极大地提高了其纯水渗透通量（23.70 L m^-2 h^-1 bar^-1），对染料的截留率高达98%；TPC的加入可以精细调整交联网络结构，缩小膜孔径分布。其对PbCl2的截留率大于98%，相应的渗透通量为6.36 L m^-2 h^-1 bar^-1。所制备的PEI/TMC-TPC膜和PEI-PIP/TMC膜均良好长期稳定性和防污性能，分离性能明显优于商用聚酰胺纳滤膜和大多数聚酰胺膜。

图2 （a）三种复合NF膜的孔径分布；（b）三种复合NF膜的纯水渗透率；（c）PEI-PIP/TMC膜对不同染料的截留率；（d）PEI/TMC-TPC膜对不同离子的截留率；性能对比图：PA膜（e）对MO染料的分离；（f）PA膜对PbCl₂的分离

图3 PEI/TMC，PEI-PIP/TMC，PEI/TMC-TPC膜抗腐殖酸污染：（a）三循环测试；（b）膜通量归一化曲线

  进一步优化了分离条件对膜性能影响，研究表明PEI-PIP/TMC疏松纳滤膜膜在5 bar的工作压力，25℃的工作温度，18mL min^-1的流速条件下对小分子染料的去除率高达98％以上，同时具有出色的渗透性（23.70 L^-1 m^-2 h^-1 bar^-1）。PEI/TMC-TPC致密膜在7 bar的工作压力，25℃的工作温度，18 mL min^-1的流速的条件下，对废水中的PbCl₂截留率大于98％，通量大于40 L m^-2 h^-1。更重要的是，所制备的膜可以高效地处理具有多种特征的污染物，在大规模回收具有高性能的有害污染物方面显示出巨大的潜力。

图4 操作条件对PEI-PIP/TMC膜分离甲基橙染料性能的影响：（a）过滤压力；（b）系统温度；（c）原料的流速；（d）进料浓度；（e）PEI-PIP/TMC膜的长期性能

图5 操作条件对PEI/TMC-TPC膜分离PbCl2溶液性能的影响：（a）过滤压力；（b）系统温度；（c）原料的流速；（d）进料浓度；（e）PEI/TMC-TPC膜的长期性能

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127976

  作者介绍：

  程喜全副教授链接：http://homepage.hit.edu.cn/chengxiquan

  王凯副教授链接：http://homepage.hit.edu.cn/wangkaihit

  张瑛洁教授链接:http://yjsc.hitwh.edu.cn/2017/0519/c1096a41260/page.htm

  下载：Finely tailored pore structure of polyamide nanofiltration membranes for highly-efficient application in water treatment