本技术介绍了一种新型压电纳滤膜,该膜具备电动抗结垢特性,旨在提升膜法水处理效率。通过在传统PVDF压电膜中引入二维导电纳米片,并在交变电场中进行处理,实现了膜性能的显著增强。该技术不仅优化了水处理流程,还拓宽了其应用范围,为环保和水资源管理领域带来创新解决方案。
背景技术
近年来,全球水需求显著增加,纳滤技术凭借对无机离子优异的去除性能,在饮用水深度处理、苦咸水净化、工业废水回用和海水淡化方面应用广泛。然而,在实际应用过程中纳滤膜面临的无机结垢问题制约了纳滤膜的发展,如何有效缓解纳滤过程中的无机结垢,成为纳滤膜发展的关键问题。其中,纳滤膜中的无机结垢主要包括碳酸钙(CaCO3
)、硫酸钙(CaSO4
)、硫酸钡(BaSO4
)等无机盐类。这些结垢在膜表面或膜孔内沉积,会形成致密的污染层,降低传质效率,使水通量随着运行时间的增加而持续下降。传统纳滤膜去除无机结垢的方法主要包括物理清洗(如反冲洗和超声波清洗)和化学清洗(使用酸、碱或螯合剂溶液清洗)。但是,这些方法存在明显缺点,物理清洗易损伤膜结构,降低膜的使用寿命,化学清洗则易导致化学药剂残留,对环境不友好。此外,频繁的清洗操作增加了运行成本和系统复杂性,难以彻底解决结垢问题,导致膜的长期性能衰退。
针对纳滤膜结垢问题,电场辅助膜污染控制技术展现出了独特优势。但是,传统的电辅助膜污染技术通常需要依赖外部电能供给,加剧了能源消耗,难以满足绿色、低碳型膜分离技术的发展要求。针对这一问题,基于膜材料本征压电特性的新型膜污染控制技术已逐步成为可行的替代方案。聚偏氟乙烯不仅是应用最为广泛的制膜聚合物之一,更是典型的有机压电材料(β相PVDF)。与传统的导电膜或电场辅助膜污染控制技术不同,PVDF压电膜可通过自身固有的机电耦合特性(即压电特性)将压力驱动膜分离过程中的冗余机械能直接转化为膜面电势能,从而通过一系列电化学作用减缓膜污染的发展。因此,基于PVDF基膜压电特性的新型压电纳滤膜在抗结垢方面展现出巨大的潜力。
然而,将PVDF的压电特性用于纳滤膜的抗结垢仍面临一定的挑战。由于纳滤膜的制备需要在PVDF基膜表面进行界面聚合,而通过界面聚合形成的聚酰胺功能层不具备导电性,这限制了基膜压电信号向纳滤膜表面的传输,最终导致纳滤膜难以有效表达出压电特性,无法赋予纳滤膜理想的电动抗结垢功能。
实现思路