基于膜组件内界面聚合的批量制备Janus膜技术及其在焦化废水氨膜剥离中的稳健应用

本文创新性地提出"膜组件内界面聚合"策略，成功批量制备出具有亲水纳米孔聚酰胺(PA)涂层的Janus中空纤维膜。该技术巧妙利用聚丙烯(PP)膜对水/油的选择性润湿特性，通过壳程/管程双相流动实现界面聚合，显著提升膜的抗污染(fouling)和抗润湿(wetting)性能。改性后的2英寸商业膜接触器在处理实际焦化废水时展现长达80天的稳定运行能力，为工业废水氨回收(NH3 stripping)提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

通过创新的膜组件内界面聚合策略，我们在聚丙烯(PP)中空纤维膜外表面构建了亲水纳米孔聚酰胺(PA)层，制备出Janus膜。该方法巧妙利用了疏水膜对水和油的选择性润湿差异——将水相和油相分别通入膜组件的壳程和管程来完成界面聚合反应。

Materials

实验采用哌嗪(PIP)和三甲基酰氯(TMC)作为反应单体，十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)作为表面活性剂模型污染物。聚丙烯中空纤维膜具有独特的"节点-纤维"(node-fibril)结构，这种结构源于拉伸过程中非晶区形成的纤维与晶区形成的节点相互交织。

Membrane characterization

改性后的膜表面形貌发生显著变化：原始PP膜的节点-纤维结构被均匀的纳米级聚酰胺结节覆盖（图2B）。XPS分析显示N元素含量从0%增至7.3%，证实了PA层的成功构建。接触角测试表明改性膜具有稳定的两亲性——上层PA亲水层（水接触角35°）与底层PP疏水层（水接触角145°）形成完美互补。

Conclusion

这种Janus膜在14天的表面活性剂挑战实验中保持零润湿，氨传质系数稳定在1.2×10^-4 m s^-1。批量改性的2英寸商业膜组件处理实际焦化废水时，运行80天后通量仅下降12%，远优于未改性膜（48小时即失效）。该技术为复杂工业废水中的氨回收提供了革命性的膜材料解决方案。