厦门大学区然雯、于鑫团队ACS ES&T Water：有压力才有动力——论聚电解质汲取液对正渗透过程水通量的影响
厦门大学区然雯、于鑫团队ACS ES&T Water：有压力才有动力——论聚电解质汲取液对正渗透过程水通量的影响
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FO过程包括两个步骤。首先，由于FO膜两侧存在渗透压差，汲取液驱动水从原料液侧穿过FO膜。其次，对稀释后的汲取液进行再生或者浓缩，同时回收淡水。现今对正渗透工艺的研究主要集中在汲取液的应用与性能、膜开发、膜污染、能耗评价等方面。FO过程常用的汲取液种类有盐、葡萄糖、聚电解质、亲水颗粒和水凝胶等，其中聚电解质既可以提供类似于盐溶液的高渗透压，又可以通过多种方式回收，具有较好的应用前景。但目前的研究较多关注于聚电解质汲取液的性能和应用，其渗透压、粘度等物理性质对FO过程水通量的定量影响尚不明确。
实验室硕士生唐梦雨基于该研究背景，选取了四种不同分子量的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液（PDDA），使用控制变量法系统研究了其渗透压、粘度对FO水通量的量化影响，并结合28种聚电解质验证了结论的普适性。PDDA作为一种强阳离子聚电解质，具有安全无毒、易溶于水、对pH值变化不敏感、渗透压高、反盐通量低等优点，可广泛用作正渗透过程中的汲取液。本实验可为PDDA在其他各类废水处理、食品浓缩、资源回收等方面的应用提供指导。本工作还为FO工艺的聚电解质汲取液的选择提供了科学建议，在选择聚电解质溶液作为汲取液时，由于聚合物链的聚集现象，应考虑溶液浓度和相关溶质流体动力学直径。这一工作已发表在 ACS ES & T Water 。
第一作者：唐梦雨
通讯作者：区然雯 副教授
通讯单位：厦门大学环境与生态学院
论文DOI：10.1021/acsestwater.3c00300
摘要如下
研究采用4种不同分子量的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)对高盐度废水进行正向渗透浓缩，同时系统研究了渗透压和粘度对FO水通量的量化影响。以35 wt.%的PDDA (<100 kDa)溶液为汲取液，以去离子水为原料时，正渗透水通量为8.8 LMH；以15400 ppm的模拟高盐废水为原料液时，正渗透水通量为8.0 LMH。渗透压对FO水通量起主要且正向作用，而粘度对其起次要且负向的作用。其中，相同黏度和不同渗透压的4种PDDA溶液中，FO水通量的变化幅度为115%，而在相同渗透压和不同黏度下，FO水通量的变化幅度为11.5%。论文对溶质扩散电阻率K与粘度η的关系进行了详细讨论。并总结了28种聚电解质溶液的相关数据以验证实验结论。
结果表明
1. 35 wt %的PDDA (<100 kDa)溶液是一种具有应用前景的汲取液，以去离子水为原料液时，其FO水通量为8.8 LMH，以15400 ppm的合成高盐度废水为原料液时，FO水通量为8.0 LMH。并且35 wt % PDDA (<100 kDa)溶液的反向盐通量低至1.2 gMH。
2. 聚电解质溶液的渗透压对FO水通量的影响是主要的、正向的，而粘度对FO水通量的影响是次要的、负向的。其中，4种相同黏度均为80.0 mPa s、渗透压为1.18 ~ 6.12 MPa的PDDA溶液的FO水通量变化率为115%，而渗透压均为2.90 MPa、黏度为28.9 ~ 453 mPa s的PDDA溶液对FO水通量的变化率只有11.5%。
3. 论文中总结了28种聚电解质汲取液的相关FO数据，证明了本文结论的普适性。
4. 本研究可为PDDA在其他各类废水处理、食品浓缩、资源回收等方面的应用提供指导，并为聚电解质提取液的选择提供了科学的建议。
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