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聚酰胺酸(PAA)反渗透膜的耐氯改性及其在处理含氯工业废水中的前景

文章出处:人气: 发表时间:2020-10-13 00:00

  主流的聚酰胺(PA)薄层复合反渗透膜,因其优异的渗透选择性和较宽的pH耐受范围,在全球水处理市场占据绝对主导地位。然而,聚酰胺膜有一个致命的“阿喀琉斯之踵”——对活性氯(游离氯,以HOCl和OCl⁻形式存在)极其敏感。即便是极低浓度(<0.1mg/L)的持续接触,也会引起聚酰胺分子链的不可逆降解,导致脱盐率迅速下降。这要求工业废水在进入RO前必须彻底去除余氯,而在需要进行强烈化学清洗以去除顽固生物污染时,又不敢直接使用廉价的次氯酸钠,严重限制了RO膜在含氯复杂工业废水回用中的长期寿命和可清洁性。开发耐氯性聚酰胺膜,是膜科学领域长盛不衰的研究热点。

  聚酰胺膜氯化失效的机理,已被广泛研究。活性氯主要攻击聚酰胺分子链中芳香环上的酰胺键,导致苯环发生不可逆的氯代反应,进而引发酰胺键的水解断裂和分子链重排,破坏聚酰胺选择层的致密网络结构。基于此,耐氯改性策略主要有三:一是牺牲层保护法,在聚酰胺层之上涂覆或原位生成一层对氯具有优先反应活性或物理隔绝作用的“牺牲”层,例如富含氨基、羟基的聚合物或氧化石墨烯层,它们率先与氯反应,消耗掉扩散进来的氯,保护了底层的聚酰胺。二是接枝改性,利用化学反应,将具有空间位阻效应或吸电子效应的惰性基团接枝到聚酰胺链上,屏蔽芳香环上的氯敏感位点,提升其本征耐氯性。三是从源头出发,设计和合成全新的耐氯单体,例如采用不含敏感芳香酰胺键的磺化聚醚砜、聚呱嗪酰胺等,直接合成新一代耐氯选择层。

  目前,研究水平上的耐氯膜,已能在数万ppm·小时的氯暴露量下保持性能稳定,远超传统膜的几百ppm·小时的寿命。虽然距大规模工业化完全替代现有PA膜仍有成本和生产稳定性上的距离,但在一些特定的、高价值的工业废水处理场景中,耐氯膜已显现出巨大潜力。例如,在电子行业含微量氯的清洗水回用中,耐氯膜可简化预处理流程;在需要进行频繁、高浓度次氯酸钠强化化学清洗以控制生物污染的物料分离或高污染废水处理中,耐氯膜可大幅延长膜元件的更换周期。随着高端制造对分离膜长生命周期、低维护成本的不懈追求,耐氯反渗透膜无疑将是下一代工业膜技术的重要发展方向。

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