引入沸石beta提升聚酰胺纳滤膜的性能

在这项研究中，沸石β纳米颗粒被加入到界面聚合过程中，用于制造薄膜纳米复合材料（TFN）。表面衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）和 X 射线光电子能谱（XPS）证实，成功地将贝塔沸石引入了聚酰胺（PA）选择层。与 PA 薄膜复合膜（TFC）相比，多孔结构沸石 beta 的引入提高了 TFN 膜的水通量和排斥率。本研究进一步提出了定量性能系数，综合考虑通量和阻隔率来评价 TFN 的性能。对于五种盐溶液，我们发现含有0.3 wt%沸石颗粒的TFN0.3 膜具有较高的性能系数。在沸石颗粒的帮助下，TFN0.3 膜在 5 bar的操作压力下达到了92.53L/(m2·h)的高通量。对于从二元溶液中分离离子而言，沸石含量为 0.2 wt%的 TFN0.2 膜在多种二元混合物中都是更好的选择，这是因为沸石 beta 的添加使 TFN0.2 膜的孔径更小、zeta 电位最强、厚度最厚（扫描电子显微镜测定）。所有这些因素都有助于提高 TFN0.2 膜的选择性。我们的研究为同时提高纳滤膜的渗透性和排斥性提供了一种高效且经济的方法，从而促进了用于水回收的纳滤技术的发展。该研究成果以 “Improved performance of polyamide nanofiltration membrane embedded with zeolite beta”为题在Journal of Molecular Liquids发表。研究获得主要亮点如下：

• 在聚酰胺选择层中加入沸石纳米颗粒，以制造薄膜纳米复合膜。
• 沸石纳米颗粒使膜的性能提高了约 2 倍。
• 揭示了离子分离的最佳沸石负载量。
• 提出综合通量和截留率综合效应的公式，以提供评估标准。

这项工作系统地研究了不同沸石beta负载的 TFN 膜的性能，并为制备高通量纳滤膜提供了一种简单而经济的方法。

图 1. 薄膜复合膜的制备过程示意图

图 2. (a) 浓度为 1000 ppm、25 ℃ 的Na2SO4的渗透侧通量J 和排斥率R。

(b) 对于浓度为 1000 ppm、25 ℃ 的MgSO4、NaCl、MgCl2和CaCl2四种盐溶液，渗透侧流量J和 (c) 排斥率R。

(d) 对于五种盐溶液，TFN0.1、TFN0.2、TFN0.3 和 TFN0.4 膜对 TFC 的性能系数。

图 3. 进料浓度与操作压力对 TFC 和 TFN0.3 膜性能的影响(Na2SO4浓度为 2000 ppm)。