更彈性,更高效!新型聚酯膜打破海水淡化壁壘,最新Science!!


一、【科學背景】

 

在海水淡化和廢水再利用技術中,聚酰胺薄膜復合反滲透(TFC-RO)膜因其優越的分離效率已維持半個世紀的領先地位。然而,如今該領域正面臨一些挑戰。一方面,傳統的TFC-RO膜在制備中表現出熱力學的不穩定性,導致膜的表面粗糙,易于被有機污垢和無機垢劑粘附。另一方面,聚酰胺膜在活性氯存在下會發生降解,所以需要昂貴的預處理步驟去除潛在的污物和剩余的氧化物,給水處理帶來一定困擾。雖然最近研發的防污和抗氯膜在某種程度上解決了這些問題,但是其脫鹽性能與傳統的聚酰胺膜相比依然有明顯的差距。此外,當膜在pH值為8.0的環境中會開始水解,這讓海水、微咸的地下水和城市廢水需要采取其他形式的化學密集預處理,如pH值調節,無疑大大增加了淡化海水的成本和環境影響。因此,我們急需研發一種新型膜材料,既具有高效的脫鹽性能,又不需要復雜昂貴的預處理步驟。

 

二、【創新成果】

近日,來自美國國家工程院院士、中國工程院外籍院士梅納赫姆·埃利梅萊赫(Menachem Elimelech)、南京理工大學張軒、東北師范大學王憲澤等研究者在Science上發表了題為“More resilient polyester membranes for high-performance reverse osmosis desalination”的論文,該研究從分子角度設計了一種聚酯薄膜復合反滲透膜。該膜使用助溶劑輔助界面聚合,使3,5-二羥基-4-甲基苯甲酸與三甲基酰氯反應。這種新型聚酯膜采用獨特的分子設計和反應機制,顯著改善了傳統反滲透膜的幾個關鍵缺點,如耐氯能力弱、粗糙表面和容易發生礦物落積的問題。研究發現,通過分子設計和改性,聚酯TFC-RO膜展現出了越來越多地挑戰聚酰胺膜的潛力,尤其是在脫鹽性能、耐氯性、抗污性和硼截留率等方面的優越性能。這一突破性的科學成果,不僅深化了我們對反滲透膜技術的理解,也將為海水淡化和廢水再利用技術的進步帶來新的機遇。

圖1 聚酯RO膜的設計、制造工藝及海水淡化性能 ? 2024 AAAS

圖2 DHMBA和SW30膜暴露氯氣后的海水淡化性能及形貌 ? 2024 AAAS

圖3 DHMBA和SW30膜的石膏結垢和有機污垢 ? 2024 AAAS

圖4 DHMBA和SW30膜在海水淡化中的結垢比較 ? 2024 AAAS

 

三、【科學啟迪】

該項成果研發了全新一代聚酯反滲透膜,其與商業化聚酰胺海水反滲透膜相比,不僅具有更出色的水鹽選擇性、硼去除性,更表現出超高耐氯、抗結垢和礦物抗結垢性能!利用助溶劑輔助IP工藝,形成無缺陷選擇層,提升脫鹽效率。值得一提的是,該膜表面光滑程度極高,降低了結垢傾向。其在pH值0-9范圍內的穩定性表現卓越,且其生產工藝與傳統TFC膜相似,方便擴大生產規模。該項成果有助于解決淡水資源短缺的全球性問題,將會對環保科技領域產生重要的影響!

 

原文詳情:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk0632

本文由WYH投稿

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