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基于金属有机骨架-氧化石墨烯(MOF-GO)复合纳滤膜的制备及其印染废水分盐性能

文章出处:人气: 发表时间:2021-01-15 00:00

  印染废水处理中一个极具经济价值的方向是实现染料与无机盐的分离回收。染料因分子量较大(通常>500Da),可以被纳滤膜有效截留;而一价盐(氯化钠)则应尽可能地透过膜,以便后续回用或达标排放。然而,传统的聚酰胺纳滤膜对二价盐(如硫酸钠)的截留率也较高,分离选择性有限。近年来,由二维氧化石墨烯(GO)纳米片堆叠而成的层状膜,因其亚纳米级的层间距和高通量而备受瞩目,但其在水溶液中长期运行存在层间距因溶胀而变大的稳定性问题。金属有机骨架(MOFs)材料具有刚性、规整的纳米孔道,将其引入GO层间,既可作为“纳米柱子”支撑并固定住GO的层间距,又可利用其孔道的分子筛效应增加膜的选择性。

  本研究选择ZIF-8(一种由锌离子与2-甲基咪唑配位形成的、具有0.34nm笼状孔窗的MOF)作为插层材料。将ZIF-8纳米颗粒与GO分散液超声共混后,通过真空辅助自组装法,在聚醚砜(PES)基膜上沉积形成致密的ZIF-8/GO复合选择层。XRD测试显示,复合膜的GO层间距从未加ZIF-8时的约0.82nm增大至1.12nm,且经水浸泡48小时后层间距未再明显变化,证明ZIF-8作为刚性支撑柱有效抑制了GO的溶胀。Zeta电位和接触角测试表明,复合膜在pH中性条件下表面带负电,纯水接触角约55°,具有良好的亲水性。

  膜分离性能测试结果表明,ZIF-8/GO复合膜对水溶液中活性黑5染料的截留率高达99.6%,对NaCl的透过率高达94.5%,选择性分离因子α(NaCl/染料)远超商品纳滤膜。处理实际印染RO浓水时,该膜在10bar操作压力下,渗透通量可稳定维持在25 L/(m²·h·bar),比商品纳滤膜高出约50%。连续运行168小时,其脱盐率和通量衰减均不明显。该研究证实,通过MOF插层策略精准调控GO层状膜的层间距和孔道化学微环境,是制备高性能染料/盐分离膜的可行路径,在印染废水资源化领域具有巨大的应用前景。

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