目前,与传统的热处理工艺相比,反渗透(RO)脱盐是从海水和盐水中生产清洁饮用水的最节能工艺。由于最大盐度的限制(例如>70 g/L)和考虑到实际因素(如膜的机械强度、经济和环境因素),常规RO工艺的最大水回收率约为35%–50%。随着水的不断回收,盐水进料变得更加浓缩。因此,RO工艺必须消耗额外的能量来克服浓盐水施加的渗透压。此外,对浓缩RO废水的处理并不便宜,RO脱盐工艺总成本的33%用于处理RO废水。
为最大限度地发挥RO的潜力并提高其水回收率,高盐水的脱盐最近受到学术界和工业界越来越多的关注。基于膜的渗透辅助反渗透(OARO)工艺作为一项有前景的技术,可实现高水回收率(例如>50%)。在OARO工艺中,水在克服跨膜渗透压差的液压驱动下通过半透膜传输。简言之,在渗透侧使用具有较低或相等盐度的盐流作为OARO工艺的扫流,以减小穿过膜的渗透压差,因此即使当进料的渗透压大于外部施加的液压时,水传输也成为可能。因此,OARO通过基于膜的节能工艺使水回收率高达70%以上成为可能。然而,随着水回收率的提高,OARO工艺也受到膜破裂压力的限制。因此,开发高强度和高效率的膜是满足OARO工艺要求的关键。鉴于此,国立台湾科技大学Tai-Shung Chung教授团队通过调节纺丝原液中主体聚合物(PES)的浓度和工程化纤维的尺寸和形态,制备了一种超强聚合物薄膜复合材料(TFC)中空纤维膜,其具有高达110 bar的超高液压破裂压力,同时可保持约3 L/(m2 h bar)的高纯水渗透性和约98%的NaCl截留率。最佳的TFC膜在OR和OARO工艺模式下表现出良好的透水性。这项工作为制备用于水处理和海水淡化的超强TFC中空纤维膜提供了新的思路。1、通过调整中空纤维的尺寸和主体聚合物的浓度,制备出了破裂压力约为110 bar的超高强中空纤维膜。2、所研制的超强TFC中空纤维膜不仅适用于OARO应用,而且有望提高常规OR海水淡化装置的能源效率和水回收率。3、超强TFC中空纤维可用于RO-OARO一体化高压脱盐工艺,以更经济和环保的方式实现更高的水回收率。图2 PES-TFC中空纤维膜的RO和压力渗透性能以及结构参数https://doi.org/10.1038/s41467-021-22684-1
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