氯铁共存下反渗透聚酰胺膜的氯降解修复研究：性能恢复与机制探索

在水处理中，反渗透（RO）聚酰胺膜因频繁清洗消毒及水中金属离子催化，易提前降解。研究人员针对此，开展用含单宁酸的修复剂恢复膜性能的研究。结果表明修复剂能提升盐截留率但无法恢复渗透通量。这为膜修复提供了新思路。

　　在当今的水处理领域，反渗透（RO）技术凭借其高效的分离性能，成为海水淡化和废水处理等过程中的关键手段。其中，反渗透聚酰胺膜以其高盐截留能力、良好的稳定性，在水净化中发挥着重要作用。然而，实际应用中却面临着诸多挑战。废水回用等处理过程需要定期对膜进行清洗和消毒，常用的消毒剂氯气，却成为了膜的 “隐形杀手”。频繁接触氯气会导致膜的性能逐渐下降。更糟糕的是，水中一些金属离子，如铁离子，就像 “帮凶” 一样，会加速这种降解过程。这不仅降低了膜的分离效率，使得大量的膜不得不提前报废，还大幅增加了水处理的成本，成为制约反渗透技术进一步发展的瓶颈。

为了解决这些棘手的问题，来自国外的研究人员展开了深入的研究。他们聚焦于一种含有单宁酸的商业修复剂，探究其对被氯和铁离子破坏的薄膜聚酰胺膜性能恢复的效果。研究结果令人振奋又发人深思，该修复剂在提升膜的盐截留能力方面表现出色，但遗憾的是，对于渗透通量的恢复却无能为力。这一成果发表在《Advanced Membranes》上，为反渗透膜的修复和可持续利用开辟了新的研究方向。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是搭建了实验室规模的反渗透过滤系统，以此模拟实际的水处理环境，对膜进行预处理、降解和修复操作；二是采用过滤测试，通过测定去离子水和 2000 ppm NaCl 溶液的渗透通量，计算水渗透率常数和盐截留率；三是利用傅里叶变换红外光谱 - 衰减全反射（FTIR - ATR）技术，对膜的结构变化进行分析。

研究结果主要分为以下几个部分：

1. 原始膜性能：对预处理后的原始 BW30XFR 膜进行性能测试，结果显示去离子水渗透通量与操作压力呈线性关系，确定了水渗透率常数（A）为 4.01×10^-3 L m^-2 h^-1·bar^-1 ；盐水（BW）渗透通量和盐截留率随跨膜压力增加而增加，在 12 bar 操作压力下，盐截留率为 97.62%。
2. 降解膜性能：用 250 ppm 次氯酸钠（NaOCl）和 0.05 ppm 氯化铁（FeCl₃）在不同 pH 值下降解膜。结果表明，在所有 pH 值下，水渗透率常数（A）均下降，在 pH 4 时下降最为显著，降至 0.87×10^-3 L m^-2 h^-1·bar^-1 。BW 渗透通量在酸性条件下降低，溶质渗透率常数（B）增加。盐截留率在 pH 4 时降至 71.42%，在 pH 7 和 pH 9 时分别降至 88.36% 和 94.96%，说明膜在酸性条件下和有 FeCl₃存在时降解更严重。
3. 修复膜性能：用修复剂对降解后的膜进行修复。pH 4 降解的膜修复后，水渗透率常数略有增加，盐截留率从 70.20% 提高到 80.58%；pH 7 降解的膜修复后，盐截留率恢复到原始水平，但渗透通量略有下降；pH 9 降解的膜修复后，盐截留率恢复，但渗透通量进一步降低。总体而言，修复剂能提高盐截留率，但无法恢复渗透通量。
4. 膜的表征：通过 FTIR - ATR 分析膜的结构变化。发现 pH 4 和 pH 7 降解的膜，酰胺 I 带峰向低波数移动，pH 4 降解时变化更显著，酰胺 II 带峰和 C=O 峰消失；pH 9 降解的膜结构变化不明显。修复后，膜的特征峰未恢复。

综合研究结论和讨论部分，此次研究意义重大。一方面，明确了金属离子对膜氯氧化的催化作用，证实了 FeCl₃与次氯酸盐反应生成的（?OH，?OCl）自由基加速了膜的降解。另一方面，虽然修复剂无法恢复渗透通量，但能有效提高盐截留率，对于轻度氧化的膜，盐截留率甚至能接近原始水平，这使得修复后的膜在低渗透通量下仍可用于水处理，提高了膜的利用率。不过，研究也发现了一些问题，如修复和降解机制还需进一步研究，未来可借助扫描电子显微镜（SEM）等技术深入探究。此外，还可以尝试使用其他金属盐与氯进行类似研究，更全面地评估金属催化氯降解的效果。这些后续研究有望为反渗透膜的保护和修复提供更完善的理论和实践依据，推动水处理技术的发展。