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《反滲透膜表面形貌特性的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、反滲透膜表面形貌特性的研究段美榮，樊智鋒，王志*，王紀(jì)孝，王世昌(天津大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程研究所、化學(xué)工程聯(lián)合國家重點實驗室（天津大學(xué)）天津市膜科學(xué)與海水淡化技術(shù)重點實驗室，天津300072)摘要：反滲透膜的滲透選擇性能主要取決于活性分離層，而活性分離層表面并不是光滑平坦，的，而是由許多微米級或納米級峰谷結(jié)構(gòu)組成，已有學(xué)者試圖探究這些峰谷結(jié)構(gòu)與膜滲透性能的關(guān)系，但是沒有得出統(tǒng)一結(jié)論。本文利用ATR-IR、SEM、AFM等手段對三種反滲透商品膜（RE-2521、CPA3和ESPA2）進(jìn)行表征，結(jié)果表明，三種反滲透膜表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似
2、，均為芳香聚酰胺結(jié)構(gòu)，但膜面微米級和納米級峰谷結(jié)構(gòu)形態(tài)各異，且膜表面均方根粗糙度（Rms）值越大，反滲透膜的純水通量越大。關(guān)鍵詞：反滲透；峰谷結(jié)構(gòu)；SEM；AFM；ATR-IR；均方根粗糙度反滲透膜過程不僅在海水淡化和苦咸水脫鹽得到廣泛應(yīng)用，而且在超純水生產(chǎn)、廢水處理、物料濃縮提純等方面發(fā)揮越來越重要的作用。目前，應(yīng)用比較成功的絕大部分反滲透膜都是TFC復(fù)合膜，它由三種材料復(fù)合而成，表層是活性分離層，由芳香聚酰胺或聚脲酰胺構(gòu)成，中間是聚砜支撐層，底層是無紡布加強層，該復(fù)合膜一般采用兩種或兩種以上反應(yīng)單體在聚砜膜表面聚合而成?；钚苑?/p>
3、離層厚度一般只有200～300nm，但對滲透選擇性能起決定性作用。原子力顯微鏡（AFM）是一種不需要導(dǎo)電試樣的掃描探針型顯微鏡，分辨率能達(dá)到原[1-7]子級水平，因此，許多科研人員采用AFM研究膜表面性質(zhì)。[3]1996年，Hirose等借助AFM發(fā)現(xiàn)交聯(lián)芳香聚酰胺反滲透膜通量與膜表面粗糙度基本成線性關(guān)系，滲透通量隨膜表面粗糙度的增加而增大，其線性關(guān)系是由于膜表面凹凸不平的峰谷結(jié)構(gòu)使得膜表面有效面積增大。[4]2001年，Madaeni研究了兩種聚乙烯醇反滲透商品膜（TFC-ULP和TFC-SR2）對自來水的滲透性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膜
4、表面越粗糙，滲透速率越小，他認(rèn)為其原因是離子容易在粗糙膜表面發(fā)生吸附和捕集。[5]2006年，S.Al-Jeshi等考察了四種聚脲酰胺反滲透商品膜（OsmonicsSG,AD,AGand作者簡介：段美榮（1982－），女，河北滄州人，博士研究生.*聯(lián)系人：王志，男，教授，博士生導(dǎo)師，email:wangzhi@tju.edu.cn.TriSepX20）的表面形貌和滲透性能，結(jié)果表明，OsmonicsAG和AD具有相似的均方根粗糙度，但是OsmonicsAG的通量是AD的10倍。因此，他們認(rèn)為表面粗糙度與滲透通量之間不存在普遍聯(lián)系。
5、本文利用ATR-IR、SEM、AFM等對三種反滲透商品膜（RE-2521、CPA3和ESPA2）進(jìn)行表征，主要目的是考察反滲透膜表面不同尺度峰谷結(jié)構(gòu)與滲透性能的關(guān)系。1實驗部分1.1實驗試劑及材料純水，電導(dǎo)率<3μs/cm，實驗室自制；ESPA2和CPA3反滲透膜，美國海德能公司；RE-2521反滲透膜，世韓公司。1.2實驗儀器設(shè)備衰減全反射紅外光譜（ATR-IR），560E.SP.FTIR，美國Nicolet公司；場發(fā)射掃描電子顯微境（FE-SEM），JSM-6700F，日本JEO公司；原子力顯微鏡（AFM），MMAFM/STM
6、+D3100，美國LDJ電子儀器公司；膜滲透選擇性能測試裝置，天津大學(xué)。1.3衰減全反射紅外光譜將膜樣品在30℃的真空干燥箱中，干燥12小時以上，然后利用ATR-IR對三種反滲透商品膜的活性分離層化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。由于ATR-IR穿透深度在1微米以上，能穿透活性分離[8]層進(jìn)入聚砜層，因此，其譜圖中包括活性分離層和聚砜層的吸收譜帶。1.4膜表面形貌表征利用FE-SEM和AFM對反滲透商品膜表面進(jìn)行表面形貌觀察和表征，用于FE-SEM測試的樣品在測試前充分干燥，并進(jìn)行噴金處理；AFM在輕敲模式下對膜表面進(jìn)行掃描。1.5膜滲透性能測試
7、采用實驗室自行研制的膜滲透選擇性能測試裝置對膜的滲透性能進(jìn)行測試，膜池的有效2膜面積為17.3cm,測試壓力為150psi,測試溫度為25℃，純水通量由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動記錄，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時記下數(shù)值。2結(jié)果與討論2.1膜表面活性分離層化學(xué)結(jié)構(gòu)ATR-IR的結(jié)果表明，三種反滲透膜具有相同的吸收譜帶，都采用聚砜膜作為支撐層，-1-1-1活性分離層都為芳香聚酰胺結(jié)構(gòu)。從聚砜的特征譜帶（1585cm，1504cm和1489cm）以-1-1-1及芳香聚酰胺的特征吸收譜帶（1656cm，1608cm和1540cm）均可得出，三種反滲透膜的活性分離層
8、厚度不同，厚度順序為：ESPA2>CPA3>RE-2521，見圖1。20ESPA2CPA3RE2521TL1510Absorbance(%)5018001600140012001000800-1Wavenumber(cm)圖1反滲透商品膜的衰減全反
