磁性温敏/电敏智能纳米水凝胶作正渗透汲取剂的行为表现及其机理

基本信息
批准号:51308239
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:周爱姣
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张天成,陶涛,罗凡,万俊,陈林,周俊宏
关键词:
正渗透汲取剂磁性纳米水凝胶温敏/电敏
结项摘要

Recent studies show that forward osmosis (FO) membrane processes may be a sustainable and efficient technology for water/wastewater treatment and seawater desalination. The existing conventional FO processes are always associated with: 1) internal concentration polarization that would significantly reduce the osmotic driving force, and 2) difficulty in separating draw solute from permeate and recycling draw solute for reuse. Nano-hydrogel, a novel "smart" macromolecular material, has been reported to be capable of reversible volume change by absorbing and releasing water in response to external stimuli. They can be a class of promising FO draw solutes after modification (e.g., functional design). The ojective of this reserch is to develop environment-sensitive magnetic nano-hydrogels and use them as draw solutes in the FO process. We will incorporate water-based magnetic fluid and strong ionic comonomer into conventional thermo-sensitive nano-hydrogels (which can be made with a mature preparation technology) to develop magnetic thermo- and electric-sensitive smart nano-hydrogels (MTESSNHs). We will then use these nano-hydrogels in the FO system to: (1) improve the performance of draw solution by limiting internal concentration polarization (ICP) and enhancing water flux, and (2) use the fast magnetic/temperature/electric response of the nano-hydrogels to release product water in a cost-effective and energy conservative way. We will characterize the nano-hydrogels, including composition, structure, sensitivity, osmotic pressure as well as their performance in the FO process (including water flux, membrane fouling, energy consumption for regeneration, etc). Furthermore, we will explore the fundamental relationships among the characteristics of MTESSNHs and FO performance to fill the knowledge gap of the new FO system and to extend smart hydrogel applications in the environmental field.

正渗透(FO)被认为是一种可持续性的高效非传统水处理膜技术,但正渗透存在由内部浓差极化严重造成的膜通量低,及汲取液再生能耗高的问题。纳米水凝胶,一种新型智能高分子,在外部环境刺激下,能进行可逆地吸水-释水,经功能设计,是一种极具潜力的正渗透汲取剂。对此,本项目提出开发用于正渗透系统的具有强吸水性和快速环境响应性的纳米水凝胶,将水基磁流体、强离子基团引入制备技术较成熟的温敏纳米凝胶,合成磁性温敏/电敏智能纳米水凝胶,一方面增强汲取剂渗透压,减小或消除内部浓差极化,提高膜通量;另一方面,有利于实现快速的磁场/温度/电场响应,降低再生能耗。表征其组成、结构与刺激响应性、渗透压之间的关系,探索其在FO系统中的行为表现(膜通量、膜污染、再生能耗等),阐明其组成结构与FO系统行为表现的内在机理,为FO系统的高性能化提供新的方法和理论基础,同时拓展和丰富智能水凝胶在环境中的应用。

项目摘要

正渗透(FO)被认为是一种可持续性的高效非传统水处理膜技术,但正渗透存在由内部浓差极化严重造成的膜通量低,及汲取液再生能耗高的问题。纳米水凝胶,一种新型智能高分子,在外部环境刺激下,能进行可逆地吸水-释水,经功能设计,是一种极具潜力的正渗透汲取剂。对此,研究以提高膜通量和降低再生能耗为目的,开发用于正渗透系统的具有强吸水性和快速环境响应性的纳米水凝胶为目的,将水基磁流体、强离子基团引入制备技术较成熟的温敏纳米凝胶,合成磁性温敏/电敏智能纳米水凝胶,一方面增强汲取剂渗透压,减小或消除内部浓差极化,提高膜通量;另一方面,有利于实现快速的磁场/温度/电场响应,降低再生能耗。重点研究凝胶在FO系统中的行为表现,探索其组成、结构与刺激响应性、渗透压之间的关系,阐明其在FO系统中的内在机理。同时初步探索了水凝胶对水中磷和重金属的回收,以拓展和丰富智能水凝胶在环境中的应用。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
4

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
5

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
发表时间:2019

相似国自然基金

1

磁性光敏温敏水凝胶吸附剂对水中典型PPCPs的吸附/解吸行为表现及机制研究

批准号:51778256
批准年份:2017
负责人:周爱姣
学科分类:E1001
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
2

新型正渗透膜与磁性纳米汲取剂制备及其脱盐耦合机制研究

批准号:21307149
批准年份:2013
负责人:白羽
学科分类:B0604
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

正渗透脉冲电场电敏凝胶汲水行为分析及优化调控

批准号:51278079
批准年份:2012
负责人:张捍民
学科分类:E1002
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

基于温敏磁性水凝胶材料对循环肿瘤细胞的保存及机制研究

批准号:21908160
批准年份:2019
负责人:杨静
学科分类:B0810
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目