芬顿辅助芳香胺表面工程构建高选择性耐氯聚酰胺反渗透膜用于先进水处理

《Water Research》：Highly selective and chlorine-resistant polyamide reverse osmosis membranes for advanced water treatment via Fenton-assisted aromatic amine surface engineering

本文提出通过芬顿（Fenton）氧化辅助芳香胺单体（SAs、PABA、SFA）接枝的协同改性策略，成功构建了兼具高水通量（提升至6.01 L·m-2·h-1·bar-1）、高选择性（A/B达24.4 bar-1）和强耐氯性（50,000 ppm·h活性氯后脱盐率>98.50%）的聚酰胺（PA）反渗透（RO）膜。该水性相改性技术为高性能RO膜的可规模化制备提供了新思路，对延长水处理膜寿命具有重要工业价值。

　　

亮点

材料来源

商用低压聚酰胺（PA）膜由杭州水处理技术中心提供，其在5.0 bar、25.0°C条件下，对500 mg·L^-1氯化钠（NaCl）溶液的平均水通量为4.91 L·m^-2·h^-1·bar^-1（LMH·bar^-1），脱盐率为98.51%。七水合硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O，99.0 wt%）、一水合柠檬酸（C₆H₈O₇·H₂O，99.5 wt%，CA）、对氨基苯磺酰胺（SAs）、对氨基苯甲酸（PABA）和对氨基苯磺酸（SFA）购自阿拉丁（上海，中国）。过氧化氢（H₂O₂，30.0 wt%）购自国药集团化学试剂有限公司（中国）。实验用水均为超纯水（电阻率 ≥ 18.2 MΩ·cm）。

优化改性时间和芳香胺单体浓度

单体浓度和改性时间在PA膜改性过程中对膜性能有显著影响。为确定最佳单体负载量，我们使用浓度为2.0、4.0和6.0 mmol·L^-1的PABA进行了10分钟的改性实验。如图3a所示，NaCl脱盐率从2.0 mmol·L^-1时的98.72%提高到4.0和6.0 mmol·L^-1时的约99%。这种脱盐率的提高主要归因于更高的单体负载量导致膜致密性增强。

结论

本研究证实，通过芬顿（Fenton）氧化和芳香胺单体（使用SAs、PABA和SFA）接枝对PA膜进行协同改性，能够同时提高水通量、盐选择性和耐氯性。优化后的膜表现出高达6.01 LMH·bar^-1的水通量，低至0.201 LMH的NaCl渗透率，并且PA-PABA膜的A/B选择性比达到24.4 bar^-1。关键的是，即使在经受高达50,000 ppm·h的活性氯攻击后，PA-SAs膜的NaCl脱盐率仍保持在98.5%以上，展现出卓越的长期运行稳定性。这种基于水性相反应、低能耗和可扩展接枝单体的改性策略，为高性能反渗透（RO）膜的可规模化制造开辟了新途径。