中科院城市環(huán)境研究所在處理高鹽廢水研究中取得進(jìn)展

高鹽廢水是指總含鹽量至少3.5wt%的廢水。

高鹽廢水來(lái)源廣泛、成分復(fù)雜，通常含有大量Cl^-、SO₄^2-、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等可溶性無(wú)機(jī)鹽離子，以及含量不等的重金屬離子。

其中，火電廠(chǎng)洗煤工藝中產(chǎn)生的脫硫廢水就是一種典型的工業(yè)高鹽廢水。

因此，高鹽廢水的處理難度極大，能耗極高，并且處理過(guò)程中通常還伴有結(jié)晶、結(jié)垢和二次污染等問(wèn)題。

基于納米纖維的正滲透膜（eTFC-FO）作為一種滲透壓驅(qū)動(dòng)的新型膜分離技術(shù)，具有水通量高、能耗低、膜污染輕等優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，納米纖維膜具有高孔隙率、貫穿孔道結(jié)構(gòu)和膜厚度可控的特性，其作為eTFC-FO膜的基膜，能夠有效降低水在基膜中的傳質(zhì)阻力和運(yùn)行過(guò)程中的內(nèi)濃差極化現(xiàn)象。

因此，eTFC-FO膜十分有望應(yīng)用于如脫硫廢水等高鹽廢水的處理中。

但納米纖維膜表面孔徑過(guò)大，不利于生成高選擇性的eTFC-FO膜表面活性層， 因此其鹽截留率和運(yùn)行穩(wěn)定性較低，無(wú)法有效截留脫硫廢水中的可溶性鹽離子。

為實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的高效處理，中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所鄭煜銘研究組先后制備了兩種eTFC-FO膜，并將其應(yīng)用于脫硫廢水的實(shí)際處理。

研究首先采用聚多巴胺（PDA）中間層改性策略（策略1）。PDA中間層能夠有效降低納米纖維的表面孔徑，并提升界面聚合過(guò)程中MPD單體在中間層中的吸收量，可制備出厚度低、交聯(lián)度高、缺陷率低的活性分離層。

策略1制備的eTFC-FO膜可在FO 運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)高達(dá)~43.0 LMH的水通量和~97.0%的鹽離子截留率。但中間層對(duì)剩余基膜沒(méi)有改性作用，剩余基膜仍為高疏水性PVDF納米纖維，因此其PRO模式下的膜污染嚴(yán)重，水通量下降巨大。

為解決PRO運(yùn)行模式下的基膜污染問(wèn)題，研究進(jìn)一步采用超親水納米纖維以提升基膜抗污染性能，并結(jié)合聚多巴胺-氧化石墨烯（PDA-GO）在中間層和活性皮層同時(shí)改性的策略（策略2），以降低活性分離層在超親水基膜上的高缺陷率問(wèn)題。

策略2制備的eTFC-FO膜抗污染性能獲得巨大提升，可實(shí)現(xiàn)在FO和PRO兩種模式下的穩(wěn)定運(yùn)行，其中PRO模式下的水通量可高達(dá)~64.0 LMH，所有鹽離子截留率均高于~98.0%。

相關(guān)研究成果分別以High performance electrospun thin-film composite forward osmosis membrane by tailoring polyamide active layer with polydopamine interlayer for desulfurization wastewater desalination和Super-hydrophilic nanofiber substrate supported forward osmosis membrane with less polyamide layer defects by polydopamine-graphene oxide modification for high salinity desulfurization wastewater desalination為題，發(fā)表在國(guó)際期刊Desalination和Journal of Membrane Science上。兩篇論文由博士生李兵與柯小雪合作完成，鄭煜銘研究員為通訊作者。