ZIF-8@PDA增强反渗透膜抗污染性能研究开题报告

 2023-09-04 00:48:17

1. 研究目的与意义

随着纳米材料的快速发展,自从 Hoek 等首次将纳米材料引入聚酰胺复合膜以来,各类具有特殊功能的纳米材料粒子被广泛用于制备聚酰胺薄膜纳米复合膜[1]。根据纳米材料组成的不同,用于制备聚酰胺 TFN 膜的材料分为以下三类:无机纳米材料、聚合物修饰后的无机纳米材料和有机复合纳米材料[3]

无机纳米材料是最早用于制备聚酰胺纳米复合膜的材料,纳米材料通过并且利用界面聚合作用将其嵌入复合膜的聚酰胺层[5],由于纳米材料特殊性能和机构,改性后的复合膜具有较高的亲水性,从而增强其抗污染性能。然而,有机聚合物基质和无机纳米填料之间的良好相容性易于形成非选择性缺陷,这将降低膜的选择性,使得纳米颗粒与聚合物之间出现界面缺陷,从而导致复合膜截留性下降[9]。因此,TFN 膜的发展迫切需要具有固有有机性质和大量表面化学基团的纳米填料。

聚酰胺复合膜因其具有较强的分离性能以及较低的运行压力,在水处理运用领域具有重要地位[8]。然而,由于其抗污染性较差,易形成表面污垢,造成膜通量衰减等一系列问题 限制其进一步发展。纳米材料依据其本身的多孔特征和内部空腔结构[13],能够有效降低水分子在聚酰胺纳米复合膜中的传递阻力,克服复合膜渗透性和选择性的平衡,进而增强复合膜的渗透性[19]。此外,纳米材料本身表面具有一定的亲水官能团,能够增加复合膜的亲水性,从而提高复合膜的抗污染性[20]

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2. 研究内容和问题

基本内容:

  1. 探究ZIF-8@PDA改性反渗透膜的表征分析:①考察ZIF-8@PDA的表征分析;②考ZIF-8@PDA复合膜的表征分析;

  2. ZIF-8@PDA改性复合膜抗污染物性能研究:①利用带负电的BSA和带正电的LZM溶液对聚酰胺复合膜有机污染物性能;②通过评估革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阴性菌金黄色葡萄球菌与膜表面接触后的生长情况,研究复合膜的抗生物污染性能;③对比两种方式下污染物的去除效果,并阐明分离的机理。

    3. 设计方案和技术路线

    研究方法:

    ①本文主要通过水热法制备ZIF-8@PDA纳米材料,将其作为填料引入复合膜中以实现膜的改性。

    ②通过常规的界面聚合法制备超薄纳米复合膜。

    4. 研究的条件和基础

    研究工作条件:

    实验室已经购置试验所需的Psf聚砜超滤膜和ZIF-8。同时,实验室还具备膜性能测试相关实验装置。另外,学校的分析测试中心的仪器如SEM、IR和液相等仪器能够满足实验的基本要求。因此,目前具备条件已经满足实验的顺利开展。

    研究基础:

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