我学者用超分子葫芦脲提高纳滤膜性能 实现水体系中小分子醇类高效截留

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日期:2020-05-07 15:07:30    来源:科技日报    

筛子可以分离出想要剔除的东西,高性能纳滤膜也像一把“筛子”,在截留纳米级物质中有着广泛的应用:水软化、发酵液浓缩、天然药物分离等。然而,如何既能渗透也能不留“污渍”?如何更有效地分离分子量相近的物质?纳滤膜面临的难题要比筛子难得多。7日,记者从南京工业大学获悉,该校膜科学技术研究所孙世鹏教授团队首次利用环状超分子葫芦脲,构筑了纳滤膜的分离孔道和传输通道,提升了纳滤膜的纯水渗透率和抗污染性能,实现了水体系中小分子醇类高效截留,相关研究成果分别发表在《美国化学工程师学会杂志》、《膜科学》和《纳米快报》上。

“葫芦脲里有个输水的空腔,可以增加输水的孔隙率。”团队成员助理教授曹雪丽老师和研究生郭嘉林发现,葫芦脲的特点为高性能纳滤膜如何更快滤水提供了一种思路。

研究团队立即在水相中加入了葫芦脲。据孙世鹏教授介绍,原来,纳滤膜由水相和油相组成,两者中间有一个界面,一般情况下,水相里面的哌嗪和油相里的均苯三甲酰氯反应形成一个聚酰胺网络通道,通过这个通道,硫酸根和异丙醇被截留,水和氯离子被“筛选”出来。

研究生唐铭健在另外一项研究中,同样利用界面聚合法,除了在水相中加入了葫芦脲,还添加了聚乙烯亚胺、三乙烯四胺等多胺类物质。“葫芦脲与多胺的结合,使得多胺在扩散过程中的自抑制性提高,膜表面出现了大量的纳米链图案,有效提升了膜的纯水渗透率。”

在唐铭健的实验中,异丙醇成为截留的对象。研究团队经过反复试验,通过调节葫芦脲的浓度,在0-0.1%的浓度区间里进行微调,最终发现,当葫芦脲的浓度调至0.06%左右,纳滤膜对异丙醇的截留率最高。

“在筛选出的这张纳滤膜上,异丙醇从0.5 wt%浓缩至9 wt%。”唐铭健说,从0.5%到9%的提升正是生物发酵中成本最高、最难攻克的一个环节。

据孙世鹏介绍,生物发酵能够缓解能源危机,“传统发酵产出的异丙醇的浓度很低,需要进一步提纯,而经过透醇膜和透水膜可以依次将异丙醇的浓度一步步提高到99%,”孙世鹏说,这次他们制备的“多胺-葫芦脲纳滤膜”有望应用于生物发酵醇的预浓缩过程,为生物燃料等产品生产过程的节能降耗提供新思路。”

“水软化技术是降低饮用水硬度、提升饮用水质量的重要手段,这需要从氯化钠中除去硫酸钠,在氯碱工业中,也需要从高浓度氯化钠中分离出硫酸钠。”曹雪丽研究中制备的葫芦脲改性纳滤膜不仅提高了纯水渗透率,也显示出极佳的硫酸根离子与氯离子的分离性能,为水软化和氯碱工业提供新的思路。(金凤 通讯员 朱琳)

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