热烈祝贺SIEPM课题组博士生林婉婷在Sep. Purif. Technol.上发表论文
具有纳米材料中间层的复合纳滤膜(TFNi)近年来受到研究者的广泛关注。作为一种新型的二维纳米材料,g-C3N4纳米片已被用于构建功能膜材料,以满足不同的分离要求。g-C3N4纳米片层上分布着规则的三角形纳米孔(3.1 Å的晶格缺陷),这一结构特点使其与其它二维材料相比,有望在构建中间层时引入更多的水通道,从而降低中间层的渗透阻力,提升复合膜的透水性。本研究发展了一种利用单宁酸辅助剥离g-C3N4纳米片的方法,并以该功能化纳米片作为纳滤膜中间层,提升了膜的通量,且表现出优异的SO42-/Cl-分离性能。
图1 使用新型的二维纳米材料作为中间层构建构建聚酰胺薄层复合膜。
首先通过TA辅助超声剥离的方法成功制备了具有良好水分散性、荷负电的单宁酸功能化氮化碳纳米片(TA-C3N4)。TEM、FT-IR、XRD结果均表明了TA-C3N4纳米片的成功制备。
图2 (A)TA-C3N4纳米片制备工艺方案及TEM图像;(B)不同pH值下TA-C3N4纳米片的zeta电位;(C)体相g-C3N4、TA和TA-C3N4纳米片的FT-IR光谱;(D)体相g-C3N4和TA-C3N4纳米片的XRD谱图。
从SEM和AFM图像可以看到,负载有TA-g-C3N4纳米片中间层的PES基膜表面的大孔被纳米片覆盖,光滑的表面有利于提高后续界面聚合的均匀性,合成无缺陷且致密的聚酰胺层。
图3(A, B, C)PES基膜和(D, E, F)TCNi-3基膜的表面、截面SEM图像和AFM图像。
由于采用真空辅助界面聚合在低单体浓度下制备聚酰胺,生成的分离层厚度仅为10 nm左右,TFC和TFNi薄膜的表面形貌与基膜一致。
图 4 TFC和TFNi-3的(A, D)表面和(B, E)横截面SEM图像,(C, F)横截面TEM图像。
所制备的TFNi膜具有高渗透性中间层和超薄而致密的聚酰胺层,其水通量可达34.25 L m-2 h-1 bar-1, Na2SO4截留率为98.53%,对一/二价离子具有良好的选择性(S = 76.2)。
图 5 (A)TFC和TFNi-3膜在混合盐溶液中的SO42-/Cl-分离性能;(B)TFNi-3膜的分离性能与文献报道的聚酰胺薄层复合膜性能比较。
相关成果以“Functionalized g-C3N4 Nanosheet Interlayer Nanosheet Interlayer Enables Enhanced Separation Performance of Nanofiltration Membranes”为题目发表在Separation and Purification Technology期刊。该文章第一作者为博士研究生林婉婷,通讯作者为万灵书教授。该项工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项基金的资助。
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124543