“疏松”复合纳滤膜的构筑及其结构与性能调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21808094
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The wide application of composite nanofiltration membrane is greatly restricted by the “Trade-off” effect between the rejection rate and permeate flux, and it is still a challenge to enhance both permeability and selectivity performance of nanofiltration membranes at the same time. In this project an ultrathin charged barrier layer will be constructed on nanofibrous substrate to provide high permeability of the composite membrane; The donnan effect, repulsive interaction of like charges when the adsorption of charged barrier layer to polyelectrolyte reaches saturation, is taken advantage of to increase the rejection ratio and decrease the membrane fouling due to the decreased pore size and enhanced “Donnan Effect”. Based on the point, two-tier thin film nanofibrous composite membrane with “loose” structure was constructed for wastewater treatment by taking advantage of membrane fouling in this project. The bother of conventional composite membranes suffering from severe membrane fouling and low permeability can be solved by the two-tier structure coordinated effect. Herein, the material design and the formation mechanism of microstructure during the nanofibrous composite membrane preparation will be studied systematically. The rules and the control methods of the relationship between the microstructure, the sieving pore size and filtration performance of the composite membranes will be explored through the design and adjustment of the microstructure of the composite membranes. The coordinated effect of two-tier structure, the separation and antifouling mechanism to wastewater will also be investigated. It is firmly believed that the study will provide important theoretical basis and technical support for the development of high performance novel polymer separation membranes.
复合纳滤膜的渗透通量和截留率的“Trade-off”效应是制约其广泛应用的瓶颈,目前同时提高复合纳滤膜的渗透通量和截留率仍是一项技术挑战。本项目拟通过纳米纤维支撑的具有“疏松”结构的超薄亲水荷电功能阻隔层提供高渗透性;利用复合膜的荷电表面阻隔层组装聚电解质达到饱和时的孔径缩小以及同种电荷排斥作用(唐南效应),提高复合膜的截留率,减少膜污染。这种双层结构协同作用,能够使复合膜的渗透通量和截留率都保持在较高水平。通过膜材料的设计及功能阻隔层的微孔构筑制备“疏松”复合纳滤膜,系统地研究功能阻隔层微结构形成机制,探索表面功能阻隔层微观结构-筛分尺寸-过滤性能之间相互关系及调控方法,探讨双层结构协同作用和相应的有机污染物去除机制以及抗膜污染机制,为高性能新型高分子分离膜的研究提供理论依据和技术支持。

结项摘要

传统复合滤膜在进行印染废水处理时存在渗透性差和膜污染严重等问题。本项目利用“膜污染”在分子级别对复合膜表面阻隔层的孔径进行精细调控,构筑了一系列具有疏松结构的高渗透性和良好循环使用寿命的染料废水处理用复合纳滤膜,打破“Trade-off效应”瓶颈。制备的PAN-DR80复合滤膜对DR80染料显现出优越的渗透性(0.4 MPa下为128.4 Lm-2h-1) 和高截留率(~99.9%),并可以实现染料/NaCl混合物的快速分离。以高渗透性静电纺丝纳米纤维替代传统商用超滤膜为基膜,结合“染料污染”,制备出了低压高渗透性CS-DR80/PAN纳米纤维基复合滤膜。壳聚糖与阴离子染料带相互作用形成相对疏松且稳定的CS-DR80阻隔层。同时结合纳米纤维基膜为孔隙率高的开孔结构,双层结构协同作用,使之呈现出高的选择性、渗透性以及抗污性能。CS-DR80/PAN复合膜对DR80染料的渗透通量为~139.1 Lm-2h-1(0.1 MPa),截留率为~99.8%。以柔性壳聚糖电解质调控氧化石墨烯片层,一方面增加了其稳定性,另一方面利用壳聚糖的柔性实现了对GO片层间距的有效调控,制备的具有疏松稳定结构的GO-CS/PAN纳米纤维基复合滤膜对DR80染料的截留率很高(99.3%),0.3 MPa下渗透通量高达351.6 Lm-2h-1。以柔性聚丙烯酸电解质形成半互穿网络结构来调控MXene的片层,制备的具有疏松结构的PAA-MXene/PAN纳米纤维基复合滤膜在0.1 MPa下对DR80染料的渗透通量为~271.26 Lm-2h-1,截留率为~98.9%。系统研究并探讨了各种复合滤膜的成膜机制、过滤性能及分离机制,探索了表面阻隔层微观结构-筛分尺寸-过滤性能之间相互关系及调控方法,探讨双层结构协同作用和相应的有机废水去除及抗污机制,为高性能新型高分子分离膜的研究提供了理论指导和技术支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Functional lithiophilic polymer modified separator for dendrite-free and pulverization-free lithium metal batteries
用于无枝晶、无粉化锂金属电池的功能性亲锂聚合物改性隔膜
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2020.04.058
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Shen Lingdi;Liu Xin;Dong Jing;Zhang Yuting;Xu Chunxian;Lai Chao;Zhang Shanqing
  • 通讯作者:
    Zhang Shanqing
Tunable Graphene Oxide Nanofiltration Membrane for Effective Dye/Salt Separation and Desalination
可调谐氧化石墨烯纳滤膜,用于有效的染料/盐分离和脱盐。
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c16141
  • 发表时间:
    2021-11-24
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Xing, Chao;Han, Jing;Zhang, Shanqing
  • 通讯作者:
    Zhang, Shanqing
Eco-friendly construction of dye-fouled loose CS/PAN nanofibrous composite membranes for permeability-selectivity anti-trade-off property
环保型染料污染松散CS/PAN纳米纤维复合膜的渗透性-选择性抗权衡性能
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfa.2019.02.068
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shen Lingdi;Pei Xin;Han Jing;Zhang Tonghui;Li Peiyun;Wang Xuefen
  • 通讯作者:
    Wang Xuefen
Green and feasible fabrication of loose nanofiltration membrane with high efficiency for fractionation of dye/NaCl mixture by taking advantage of membrane fouling
利用膜污染的优势绿色可行地制备高效分离染料/氯化钠混合物的疏松纳滤膜
  • DOI:
    10.1002/app.47438
  • 发表时间:
    2019-05-10
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Shen, Lingdi;Li, Peiyun;Zhang, Tonghui
  • 通讯作者:
    Zhang, Tonghui
Stabilizing MXene-based nanofiltration membrane by forming analogous semi-interpenetrating network architecture using flexible poly(acrylic acid) for effective wastewater treatment
通过使用柔性聚丙烯酸形成类似的半互穿网络结构来稳定基于 MXene 的纳滤膜,以实现有效的废水处理
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2022.120360
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Journal of Membrane Science
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yuting Zhang;Suhong Li;Rong Huang;Jing He;Yufei Sun;Yanyan Qin;Lingdi Shen
  • 通讯作者:
    Lingdi Shen

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其他文献

卡波普改性纳米纤维基复合纳滤膜的结构与性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Acta Polymerica Sinica
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    神领弟;王敏;王雪芬;朱美芳
  • 通讯作者:
    朱美芳

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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