【引言】

地表水和地下水是人類重要的飲用水源，然而這些水中往往含有高含量的硫酸鹽。經(jīng)常飲用硫酸鹽含量高的水會(huì)引起各類的健康問(wèn)題，如腹瀉、脫水和腸道疾病。因此，降低飲用水中的硫酸鹽含量已成為水資源相關(guān)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，去除飲用水中硫酸鹽的方法主要有沉淀法、吸附法和膜過(guò)濾法。其中，納米薄膜過(guò)濾法是一種十分具有應(yīng)用潛力的方法，這種方法可有效降低飲用水中硫酸鹽含量。然而，已有的納米過(guò)濾薄膜依然存在濾水通量低，不耐氯腐蝕等問(wèn)題。

近日，天津工業(yè)大學(xué)相關(guān)課題組提出了一種基于相轉(zhuǎn)化技術(shù)制備了基于聚砜基超支化嵌段共聚物-聚砜嵌段聚甘油(PSf-b-hPG）的納米過(guò)濾薄膜，并通過(guò)便攜式芯片原子力顯微鏡-Redux對(duì)樣品表面形貌進(jìn)行了表征。所制備過(guò)濾薄膜的濾水通量可達(dá)34 LMH/bar，對(duì)硫酸鹽的截止率可達(dá)74 %。通過(guò)熱處理和酸處理，納米濾膜的孔徑可以進(jìn)一步控制。此外，在含氯條件下，所制備的納米濾膜也表現(xiàn)出出色的耐腐蝕性。相關(guān)研究成果以《High-flux and chlorine-resistant nanofiltration membrane fabricated via phase inversion using polysulfone-b-polyglycerol hyperbranched block copolymer》為題，在SCI期刊《Desalination》上發(fā)表^[1]。

本文使用的便攜式芯片原子力顯微鏡-Redux簡(jiǎn)單易用，可以滿足膜科學(xué)相關(guān)的研究中對(duì)樣品表面形貌的表征。文中對(duì)樣品表面粗糙度表征可達(dá)1 nm的精度。此外，Redux還具有體積小巧，探針耐用，無(wú)需維護(hù)等特點(diǎn)，適用于各類室內(nèi)或戶外科學(xué)研究。

便攜式芯片原子力顯微鏡-Redux

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 光伏納米單元結(jié)構(gòu)示意圖。由Redux AFM所測(cè)量的a)PSf-b-hPG納米膜和d)PSf對(duì)照組的表面形貌圖。SEM對(duì)樣品b)PSf-b-hPG納米膜和e)PSf對(duì)照組的橫截面表征結(jié)果。TEM表征c)PSf-b-hPG納米膜和f)PSf對(duì)照組的結(jié)果。

圖2. PSf-b-hPG薄膜的a)水滲透率和Na₂SO₄的截留率，b)對(duì)PEG的截留率和c)熱處理和酸處理后的納米孔洞分布尺寸。

圖3.未處理的hPG薄膜與經(jīng)過(guò)酸處理和熱處理的hPG薄膜的a)元素成分，b)傅里葉紅外測(cè)量結(jié)果，c)接觸角隨時(shí)間變化結(jié)果，以及d)zeta電勢(shì)測(cè)量結(jié)果。

圖4. a)通過(guò)相反轉(zhuǎn)的方法制備孔洞直徑為5nm的PSf-b-hPG薄膜的過(guò)程。b)通過(guò)熱處理減少孔洞尺寸。c)通過(guò)酸處理減小孔洞尺寸。d)通過(guò)熱處理和酸處理共同作用獲得具有小尺寸孔洞的過(guò)濾薄膜。

圖5.a)在2000 ppm濃度的NaClO條件下，所制備出的納米過(guò)濾膜對(duì)于水的透過(guò)性和對(duì)于Na₂SO₄的截留率隨時(shí)間的變化。b)本文中所制備的納米過(guò)濾膜與已報(bào)道納米過(guò)濾膜的耐氯性能比較。c)在4千帕的壓力下，所制備的納米過(guò)濾薄膜對(duì)于水的滲透率和對(duì)于Na₂SO₄的截留率隨時(shí)間的變化。d)本工作所制備的納米過(guò)濾膜與已報(bào)道濾膜的力學(xué)性能比較。

【結(jié)論】

綜上所述，天津工業(yè)大學(xué)相關(guān)課題組通過(guò)相轉(zhuǎn)化技術(shù)制備出了具有高濾水通量，高硫酸鹽截留率且耐氯的PSf-b-hPG納米濾膜。通過(guò)熱處理和酸處理，納米濾膜的過(guò)濾孔徑可以進(jìn)一步調(diào)控，為后續(xù)的納米過(guò)濾薄膜的研發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]. Tao Liu, Longlong Wang, Wenliang Wang, Jianhua Yang, Yunxia Hu, High-flux and chlorine-resistant nanofiltration membrane fabricated via phase inversion using polysulfone-b-polyglycerol hyperbranched block copolymer, Desalination, Volume 575, 2024, 117314, ISSN 0011-9164.

https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117314.