氧化石墨烯/季铵化壳聚糖复合膜对PPCPs的分离研究文献综述

 2022-11-05 15:38:04

文 献 综 述

引言

PPCPs的概念最早由Christian G. Daughton和Thomas A. Ternes于1999年提出,它包括各种各样的化学物质,PPCPs[1]种类繁杂,普遍存在于地表水、地下水及污水处理厂二级出水中的新型痕量污染物包括各类抗生素、人工合成麝香、止痛药、降压药、避孕药、催眠药、减肥药、发胶、染发剂和杀菌剂等。作为人类生活的必需品,PPCPs的生产和消费量十分巨大,导致环境中PPCPs残留日趋严重。

纳滤(Nanofiltration,NF)膜分离技术[2]应用于饮用水源水深度处理已成为目前研究的热点,不少研究者发现纳滤过程对水中PPCPs有良好去除效果,纳滤膜分离技术是一种分离性能介于反渗透和超滤之间的新型的高效压力驱动膜分离技术,它依据吸附和扩散的原理,以压力差为推动力进行膜的分离[3]。纳滤膜截留的分子量大小在150~2000之间,对高价离子有很高的截留效率,系统运行的操作压力在0.4~1.5MPa之间,低于反渗透膜,所以也常称为低压反渗透膜。与反渗透膜相比,表层较疏松,与超滤膜相比,又要致密得多,所以调控好表层的疏松程度是 制备纳滤膜的关键。由于纳滤膜的这些性质,使其可以应用于微量-痕量有机物的分离,研究表明纳滤分离对水中PPCPs有良好的去除效果,可以利用纳滤膜对水体中PPCPs进行处理。基于纳滤膜是一种很有应用前景的膜分离技术,制备纳滤膜的材料和方法现在得到广泛的研究[4]

1.氧化石墨烯和季铵化壳聚糖材料特点

1.1氧化石墨烯

石墨烯是具有优异的机械性能、超大的比表面积及稳定的化学性质, 使其具备作为高性能分离材料的潜质。氧化石墨烯或称功能化的石墨烯,是石墨烯重要的派生物,结构与石墨烯大体相同,只是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连有羰基、羟基、羧基等官能团,使得氧化石墨烯有了新的特新,如分散性、亲水性、与聚合物的兼容性等,由于这些性质,使得氧化石墨烯在制膜过程中得到应用,用其制备纳滤膜在PPCPs的处理方面或许会有广阔的应用前景。

1.2季铵化壳聚糖

寻找合适的膜材料是制备出有良好性能纳滤膜的基础。膜材料主要有两大类:无机膜材料和有机膜材料。无机膜材料主要应用于超滤和微滤膜的制备,有化学稳定性好、机械强度大、适用范围广、易清洗等优点,但由于不耐强碱、弹性小、造价高等缺点不能得到广泛应用。壳聚糖是由天然高分子材料甲壳素经过脱乙酞化制得,壳聚糖无毒且易进行化学改性。同时其具有优异的生物相容性和可降解性,而且其成膜性好,因此广泛应用于食品、环保、医药和功能膜材料等方面。以壳聚糖为膜材料,通过交联、共聚、离子化、共混等可制成不同用途的壳聚糖膜,如渗透汽化膜、超滤膜、纳滤膜[5-7]。季铵盐壳聚糖分子中含有季铵盐阳离子,具有较高的阳离子荷电强度,因而对很多物质有良好的结合絮凝能力,可以作为工业絮凝剂使用。季铵盐壳聚糖因具有较为优良的成膜性能,还是一种理想的成膜材料。

2.纳滤膜的特点

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