SAXS技術(shù)表征氯解復(fù)合反滲透膜結(jié)構(gòu)演變
發(fā)布時間：2021-08-02 14:09
采用小角X射線散射（SAXS）技術(shù)表征不同氯化強度處理的反滲透膜,研究分離層微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)旋轉(zhuǎn)半徑（Rg）、相關(guān)距離（a）和分形維數(shù)（β）與水透過系數(shù)（A）和鹽透過系數(shù)（B）的關(guān)系.結(jié)果表明,隨著氯化強度的增加,聚酰胺分離層的Rg、a和β單調(diào)增加,且與A的變化正相關(guān),相關(guān)系數(shù)（R2）高達0.99;長程相關(guān)距離a2（R2=0.991 5）與A的相關(guān)性高于短程相關(guān)距離a1（R2=0.878 1）,說明氯化作用對二級結(jié)構(gòu)粒子（對應(yīng)a2）的破壞作用大于對初級結(jié)構(gòu)粒子（對應(yīng)a1）的破壞作用;B與Rg、a和β的線性相關(guān)性較弱,分別為0.815 5（Rg）、0.914 8（a1）、0.780 1（a2）、0.762 1（β）,是因為B還受荷電性等因素的影響.
【文章來源】：膜科學與技術(shù). 2020,40(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
不同氯化強度下反滲透膜的水透過系數(shù)
表1 氯化處理前后聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)參數(shù)變化Table 1 Structure variation of polyamide active layer before and after chlorinated 膜種類 Rg/nm 相關(guān)距離/nm β 分形維數(shù) a1 a2 Dm Ds PA 58.0±0.8 15.4±0.3 89.8±0.9 2.22±0.03 2.22±0.03 - PA - OH - 0.5 60.4±1.0 15.6±0.4 91.3±0.8 2.43±0.02 2.43±0.02 - PA - OH - 1 60.6±1.1 15.8±0.3 93.3±0.9 2.48±0.02 2.48±0.02 - PA - OH - 3 63.1±1.2 18.2±0.3 100.5±0.9 2.64±0.02 2.64±0.02 - PA - OH - 5 66.6±1.3 27.5±1.5 106.6±2.6 2.81±0.03 2.81±0.03 - PA - OH - 7 69.4±1.2 28.5±1.2 106.6±1.4 3.03±0.03 - 2.97±0.03由圖3可見,A與Rg具有較為顯著的正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)(R2)達到0.990 1[圖3(a)],Rg增加代表分離層占據(jù)了更多的空間,由于構(gòu)成分離層的聚酰胺的量沒有增加(實際上可能因氯化降解而略有減少),因而聚酰胺分離層會具有更高的孔隙率(自由體積),這意味著聚酰胺分離層的含水率會增加.根據(jù)溶解擴散模型,A與膜內(nèi)含水量成正比[14-15],因此Rg與A之間應(yīng)該具有顯著的線性相關(guān)性.
根據(jù)公式(6)對中低q區(qū)域(0.024 ～ 0.152 nm-1)散射曲線進行擬合,得到相關(guān)距離a1、a2,如表1所示.可見,隨著氯化強度的增加,短程相關(guān)距離a1和長程相關(guān)距離a2均呈增加趨勢.未經(jīng)氯化處理時聚酰胺分離層的a1和a2分別為15.4和89.8 nm,氯化處理7 h后增加到28.5和106.6 nm.a1和a2作為表征聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)的參數(shù),分別對應(yīng)聚酰胺分離層內(nèi)初級結(jié)構(gòu)粒子和二級結(jié)構(gòu)粒子的尺度.相關(guān)距離增加表明聚酰胺結(jié)構(gòu)電子密度漲落的周期性變化距離增加,即聚酰胺發(fā)生膨脹,這與由Rg變化引起的A的變化相一致.如圖4(a)、4(c)所示,A與a1和a2的相關(guān)系數(shù)分別為0.878 1和0.991 5,可見A與長程相關(guān)距離a2的相關(guān)性更大.這是因為二級結(jié)構(gòu)粒子之間的聚集孔較大,粒子間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)更容易受到氯攻擊而發(fā)生鏈的斷裂.從氯化處理后聚酰胺分離層的AFM圖(圖8)中可見,尺度100 nm左右的粒子與a2對應(yīng)的尺度相近,進一步證明以上論述的可靠性.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]反滲透膜耐氯及氯化修復(fù)研究進展[J]. 柳圳,趙頌,王志,韓向磊,王紀孝. 膜科學與技術(shù). 2019(02)
[2]耐氧化芳香聚酰胺反滲透膜的研究進展[J]. 邴紹所,周勇,高從堦. 膜科學與技術(shù). 2016(02)
博士論文
[1]高性能耐氯聚酰胺反滲透復(fù)合膜的制備與性能研究[D]. 黃海.浙江大學 2015
碩士論文
[1]薄層復(fù)合正滲透膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能調(diào)控[D]. 周宗堯.中國科學院大學(中國科學院煙臺海岸帶研究所) 2018
本文編號：3317702
【文章來源】：膜科學與技術(shù). 2020,40(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
不同氯化強度下反滲透膜的水透過系數(shù)
表1 氯化處理前后聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)參數(shù)變化Table 1 Structure variation of polyamide active layer before and after chlorinated 膜種類 Rg/nm 相關(guān)距離/nm β 分形維數(shù) a1 a2 Dm Ds PA 58.0±0.8 15.4±0.3 89.8±0.9 2.22±0.03 2.22±0.03 - PA - OH - 0.5 60.4±1.0 15.6±0.4 91.3±0.8 2.43±0.02 2.43±0.02 - PA - OH - 1 60.6±1.1 15.8±0.3 93.3±0.9 2.48±0.02 2.48±0.02 - PA - OH - 3 63.1±1.2 18.2±0.3 100.5±0.9 2.64±0.02 2.64±0.02 - PA - OH - 5 66.6±1.3 27.5±1.5 106.6±2.6 2.81±0.03 2.81±0.03 - PA - OH - 7 69.4±1.2 28.5±1.2 106.6±1.4 3.03±0.03 - 2.97±0.03由圖3可見,A與Rg具有較為顯著的正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)(R2)達到0.990 1[圖3(a)],Rg增加代表分離層占據(jù)了更多的空間,由于構(gòu)成分離層的聚酰胺的量沒有增加(實際上可能因氯化降解而略有減少),因而聚酰胺分離層會具有更高的孔隙率(自由體積),這意味著聚酰胺分離層的含水率會增加.根據(jù)溶解擴散模型,A與膜內(nèi)含水量成正比[14-15],因此Rg與A之間應(yīng)該具有顯著的線性相關(guān)性.
根據(jù)公式(6)對中低q區(qū)域(0.024 ～ 0.152 nm-1)散射曲線進行擬合,得到相關(guān)距離a1、a2,如表1所示.可見,隨著氯化強度的增加,短程相關(guān)距離a1和長程相關(guān)距離a2均呈增加趨勢.未經(jīng)氯化處理時聚酰胺分離層的a1和a2分別為15.4和89.8 nm,氯化處理7 h后增加到28.5和106.6 nm.a1和a2作為表征聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)的參數(shù),分別對應(yīng)聚酰胺分離層內(nèi)初級結(jié)構(gòu)粒子和二級結(jié)構(gòu)粒子的尺度.相關(guān)距離增加表明聚酰胺結(jié)構(gòu)電子密度漲落的周期性變化距離增加,即聚酰胺發(fā)生膨脹,這與由Rg變化引起的A的變化相一致.如圖4(a)、4(c)所示,A與a1和a2的相關(guān)系數(shù)分別為0.878 1和0.991 5,可見A與長程相關(guān)距離a2的相關(guān)性更大.這是因為二級結(jié)構(gòu)粒子之間的聚集孔較大,粒子間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)更容易受到氯攻擊而發(fā)生鏈的斷裂.從氯化處理后聚酰胺分離層的AFM圖(圖8)中可見,尺度100 nm左右的粒子與a2對應(yīng)的尺度相近,進一步證明以上論述的可靠性.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]反滲透膜耐氯及氯化修復(fù)研究進展[J]. 柳圳,趙頌,王志,韓向磊,王紀孝. 膜科學與技術(shù). 2019(02)
[2]耐氧化芳香聚酰胺反滲透膜的研究進展[J]. 邴紹所,周勇,高從堦. 膜科學與技術(shù). 2016(02)
博士論文
[1]高性能耐氯聚酰胺反滲透復(fù)合膜的制備與性能研究[D]. 黃海.浙江大學 2015
碩士論文
[1]薄層復(fù)合正滲透膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能調(diào)控[D]. 周宗堯.中國科學院大學(中國科學院煙臺海岸帶研究所) 2018
本文編號：3317702
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