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            中科院城市環境研究所在處理高鹽廢水研究中取得進展
            中科院城市環境研究所 鄭煜銘研究組 / 時間:2022-07-13 11:00:13

            中科院城市環境研究所7月12日訊:高鹽廢水是指總含鹽量至少3.5wt%的廢水。高鹽廢水來源廣泛、成分復雜,通常含有大量Cl-、SO2-、Na+、Ca2+、Mg2+等可溶性無機鹽離子,以及含量不等的重金屬離子。其中,火電廠洗煤工藝中產生的脫硫廢水就是一種典型的工業高鹽廢水。因此,高鹽廢水的處理難度極大,能耗極高,并且處理過程中通常還伴有結晶、結垢和二次污染等問題。 

            基于納米纖維的正滲透膜(eTFC-FO)作為一種滲透壓驅動的新型膜分離技術,具有水通量高、能耗低、膜污染輕等優點。同時,納米纖維膜具有高孔隙率、貫穿孔道結構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阻力和運行過程中的內濃差極化現象。因此,eTFC-FO膜十分有望應用于如脫硫廢水等高鹽廢水的處理中。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行穩定性較低,無法有效截留脫硫廢水中的可溶性鹽離子。 

            為實現脫硫廢水的高效處理,中國科學院城市環境研究所鄭煜銘研究組先后制備了兩種eTFC-FO膜,并將其應用于脫硫廢水的實際處理。研究首先采用聚多巴胺(PDA)中間層改性策略(策略1)。PDA中間層能夠有效降低納米纖維的表面孔徑,并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、交聯度高、缺陷率低的活性分離層。策略1制備的eTFC-FO膜可在FO 運行模式下實現高達~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模式下的膜污染嚴重,水通量下降巨大。為解決PRO運行模式下的基膜污染問題,研究進一步采用超親水納米纖維以提升基膜抗污染性能,并結合聚多巴胺-氧化石墨烯(PDA-GO)在中間層和活性皮層同時改性的策略(策略2),以降低活性分離層在超親水基膜上的高缺陷率問題。策略2制備的eTFC-FO膜抗污染性能獲得巨大提升,可實現在FO和PRO兩種模式下的穩定運行,其中PRO模式下的水通量可高達~64.0 LMH,所有鹽離子截留率均高于~98.0%。 

            相關研究成果分別以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,發表在國際期刊Desalination和Journal of Membrane Science上。兩篇論文由博士生李兵與柯小雪合作完成,鄭煜銘研究員為通訊作者。 

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            策略1 PDA中間層改性的eTFC-FO膜結構與性能示意簡圖

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            策略2 PDA-GO分別在eTFC-FO膜中間層和活性層改性的制備流程圖


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