热烈祝贺SIEPM课题组博士生林婉婷在Sep. Purif. Technol.上发表论文

具有纳米材料中间层的复合纳滤膜（TFNi）近年来受到研究者的广泛关注。作为一种新型的二维纳米材料，g-C₃N₄纳米片已被用于构建功能膜材料，以满足不同的分离要求。g-C₃N₄纳米片层上分布着规则的三角形纳米孔（3.1 Å的晶格缺陷），这一结构特点使其与其它二维材料相比，有望在构建中间层时引入更多的水通道，从而降低中间层的渗透阻力，提升复合膜的透水性。本研究发展了一种利用单宁酸辅助剥离g-C₃N₄纳米片的方法，并以该功能化纳米片作为纳滤膜中间层，提升了膜的通量，且表现出优异的SO₄^2-/Cl^-分离性能。

 

图1 使用新型的二维纳米材料作为中间层构建构建聚酰胺薄层复合膜。

                                               

 

首先通过TA辅助超声剥离的方法成功制备了具有良好水分散性、荷负电的单宁酸功能化氮化碳纳米片（TA-C₃N₄）。TEM、FT-IR、XRD结果均表明了TA-C₃N₄纳米片的成功制备。

 

图2 （A）TA-C₃N₄纳米片制备工艺方案及TEM图像；（B）不同pH值下TA-C₃N₄纳米片的zeta电位；（C）体相g-C₃N₄、TA和TA-C₃N₄纳米片的FT-IR光谱；（D）体相g-C₃N₄和TA-C₃N₄纳米片的XRD谱图。

 

从SEM和AFM图像可以看到，负载有TA-g-C₃N₄纳米片中间层的PES基膜表面的大孔被纳米片覆盖，光滑的表面有利于提高后续界面聚合的均匀性，合成无缺陷且致密的聚酰胺层。

 

图3（A, B, C）PES基膜和（D, E, F）TCNi-3基膜的表面、截面SEM图像和AFM图像。

 

由于采用真空辅助界面聚合在低单体浓度下制备聚酰胺，生成的分离层厚度仅为10 nm左右，TFC和TFNi薄膜的表面形貌与基膜一致。

 

图 4 TFC和TFNi-3的（A, D）表面和（B, E）横截面SEM图像，（C, F）横截面TEM图像。

 

所制备的TFNi膜具有高渗透性中间层和超薄而致密的聚酰胺层，其水通量可达34.25 L m^-2 h^-1 bar^-1, Na₂SO₄截留率为98.53%，对一/二价离子具有良好的选择性（S = 76.2）。

 

图 5 （A）TFC和TFNi-3膜在混合盐溶液中的SO₄^2-/Cl^-分离性能；（B）TFNi-3膜的分离性能与文献报道的聚酰胺薄层复合膜性能比较。

 

相关成果以“Functionalized g-C₃N₄ Nanosheet Interlayer Nanosheet Interlayer Enables Enhanced Separation Performance of Nanofiltration Membranes”为题目发表在Separation and Purification Technology期刊。该文章第一作者为博士研究生林婉婷，通讯作者为万灵书教授。该项工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项基金的资助。

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124543