SAXS技术表征氯解复合反渗透膜结构演变
发布时间：2021-08-02 14:09
采用小角X射线散射（SAXS）技术表征不同氯化强度处理的反渗透膜,研究分离层微观结构参数旋转半径（Rg）、相关距离（a）和分形维数（β）与水透过系数（A）和盐透过系数（B）的关系.结果表明,随着氯化强度的增加,聚酰胺分离层的Rg、a和β单调增加,且与A的变化正相关,相关系数（R2）高达0.99;长程相关距离a2（R2=0.991 5）与A的相关性高于短程相关距离a1（R2=0.878 1）,说明氯化作用对二级结构粒子（对应a2）的破坏作用大于对初级结构粒子（对应a1）的破坏作用;B与Rg、a和β的线性相关性较弱,分别为0.815 5（Rg）、0.914 8（a1）、0.780 1（a2）、0.762 1（β）,是因为B还受荷电性等因素的影响.
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同氯化强度下反渗透膜的水透过系数
表1 氯化处理前后聚酰胺分离层结构参数变化Table 1 Structure variation of polyamide active layer before and after chlorinated 膜种类 Rg/nm 相关距离/nm β 分形维数 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由图3可见,A与Rg具有较为显著的正相关性,相关系数(R2)达到0.990 1[图3(a)],Rg增加代表分离层占据了更多的空间,由于构成分离层的聚酰胺的量没有增加(实际上可能因氯化降解而略有减少),因而聚酰胺分离层会具有更高的孔隙率(自由体积),这意味着聚酰胺分离层的含水率会增加.根据溶解扩散模型,A与膜内含水量成正比[14-15],因此Rg与A之间应该具有显著的线性相关性.
根据公式(6)对中低q区域(0.024 ～ 0.152 nm-1)散射曲线进行拟合,得到相关距离a1、a2,如表1所示.可见,随着氯化强度的增加,短程相关距离a1和长程相关距离a2均呈增加趋势.未经氯化处理时聚酰胺分离层的a1和a2分别为15.4和89.8 nm,氯化处理7 h后增加到28.5和106.6 nm.a1和a2作为表征聚酰胺分离层结构的参数,分别对应聚酰胺分离层内初级结构粒子和二级结构粒子的尺度.相关距离增加表明聚酰胺结构电子密度涨落的周期性变化距离增加,即聚酰胺发生膨胀,这与由Rg变化引起的A的变化相一致.如图4(a)、4(c)所示,A与a1和a2的相关系数分别为0.878 1和0.991 5,可见A与长程相关距离a2的相关性更大.这是因为二级结构粒子之间的聚集孔较大,粒子间的交联结构更容易受到氯攻击而发生链的断裂.从氯化处理后聚酰胺分离层的AFM图(图8)中可见,尺度100 nm左右的粒子与a2对应的尺度相近,进一步证明以上论述的可靠性.
【参考文献】：
期刊论文
[1]反渗透膜耐氯及氯化修复研究进展[J]. 柳圳,赵颂,王志,韩向磊,王纪孝. 膜科学与技术. 2019(02)
[2]耐氧化芳香聚酰胺反渗透膜的研究进展[J]. 邴绍所,周勇,高从堦. 膜科学与技术. 2016(02)
博士论文
[1]高性能耐氯聚酰胺反渗透复合膜的制备与性能研究[D]. 黄海.浙江大学 2015
硕士论文
[1]薄层复合正渗透膜的结构设计及性能调控[D]. 周宗尧.中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所) 2018
本文编号：3317702
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同氯化强度下反渗透膜的水透过系数
表1 氯化处理前后聚酰胺分离层结构参数变化Table 1 Structure variation of polyamide active layer before and after chlorinated 膜种类 Rg/nm 相关距离/nm β 分形维数 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由图3可见,A与Rg具有较为显著的正相关性,相关系数(R2)达到0.990 1[图3(a)],Rg增加代表分离层占据了更多的空间,由于构成分离层的聚酰胺的量没有增加(实际上可能因氯化降解而略有减少),因而聚酰胺分离层会具有更高的孔隙率(自由体积),这意味着聚酰胺分离层的含水率会增加.根据溶解扩散模型,A与膜内含水量成正比[14-15],因此Rg与A之间应该具有显著的线性相关性.
根据公式(6)对中低q区域(0.024 ～ 0.152 nm-1)散射曲线进行拟合,得到相关距离a1、a2,如表1所示.可见,随着氯化强度的增加,短程相关距离a1和长程相关距离a2均呈增加趋势.未经氯化处理时聚酰胺分离层的a1和a2分别为15.4和89.8 nm,氯化处理7 h后增加到28.5和106.6 nm.a1和a2作为表征聚酰胺分离层结构的参数,分别对应聚酰胺分离层内初级结构粒子和二级结构粒子的尺度.相关距离增加表明聚酰胺结构电子密度涨落的周期性变化距离增加,即聚酰胺发生膨胀,这与由Rg变化引起的A的变化相一致.如图4(a)、4(c)所示,A与a1和a2的相关系数分别为0.878 1和0.991 5,可见A与长程相关距离a2的相关性更大.这是因为二级结构粒子之间的聚集孔较大,粒子间的交联结构更容易受到氯攻击而发生链的断裂.从氯化处理后聚酰胺分离层的AFM图(图8)中可见,尺度100 nm左右的粒子与a2对应的尺度相近,进一步证明以上论述的可靠性.
【参考文献】：
期刊论文
[1]反渗透膜耐氯及氯化修复研究进展[J]. 柳圳,赵颂,王志,韩向磊,王纪孝. 膜科学与技术. 2019(02)
[2]耐氧化芳香聚酰胺反渗透膜的研究进展[J]. 邴绍所,周勇,高从堦. 膜科学与技术. 2016(02)
博士论文
[1]高性能耐氯聚酰胺反渗透复合膜的制备与性能研究[D]. 黄海.浙江大学 2015
硕士论文
[1]薄层复合正渗透膜的结构设计及性能调控[D]. 周宗尧.中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所) 2018
本文编号：3317702
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