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34 LMH/bar高通量耐氯納米濾膜!便攜式原子力顯微鏡實(shí)現(xiàn)1 nm高精度表征

更新時(shí)間:2024-09-23點(diǎn)擊次數(shù):362

【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、吸附法和膜過濾法。其中,納米薄膜過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,已有的納米過濾薄膜依然存在濾水通量低,不耐氯腐蝕等問題。


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)的納米過濾薄膜,并通過便攜式芯片原子力顯微鏡-Redux對樣品表面形貌進(jìn)行了表征。所制備過濾薄膜的濾水通量可達(dá)34 LMH/bar,對硫酸鹽的截止率可達(dá)74 %。通過熱處理和酸處理,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簡單易用,可以滿足膜科學(xué)相關(guān)的研究中對樣品表面形貌的表征。文中對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,無需維護(hù)等特點(diǎn),適用于各類室內(nèi)或戶外科學(xué)研究。


34 LMH/bar高通量耐氯納米濾膜!便攜式原子力顯微鏡實(shí)現(xiàn)1 nm高精度表征


便攜式芯片原子力顯微鏡-Redux


【圖文導(dǎo)讀】



34 LMH/bar高通量耐氯納米濾膜!便攜式原子力顯微鏡實(shí)現(xiàn)1 nm高精度表征

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


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


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


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


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圖5.a)在2000 ppm濃度的NaClO條件下,所制備出的納米過濾膜對于水的透過性和對于Na2SO4的截留率隨時(shí)間的變化。b)本文中所制備的納米過濾膜與已報(bào)道納米過濾膜的耐氯性能比較。c)在4千帕的壓力下,所制備的納米過濾薄膜對于水的滲透率和對于Na2SO4的截留率隨時(shí)間的變化。d)本工作所制備的納米過濾膜與已報(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。通過熱處理和酸處理,納米濾膜的過濾孔徑可以進(jìn)一步調(diào)控,為后續(xù)的納米過濾薄膜的研發(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.

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1、便攜式芯片原子力顯微鏡https://www.chem17.com/st166724/product_16871703.html



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