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树枝状分子用于反渗透阻垢剂 已有2人参与
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由于树枝状聚合物的独特几何构造表现出与线性分子完全不同的性能。在水溶液中, 一个树枝状聚合物分子随尺寸增加所占有的体积为非指数性迅速增大, 而其质量的增加却是指数性的, 所以其分子内部的密度是非均一的。相比密度均一的线型聚合物分子, 树枝状聚合物分子内部密度的变化极大增强了其在水中的溶解度和反应活性, 其黏度也比线性分子小了几个数量级, 所以, 在实际应用中, 可以观察到其超强的溶解性和可浓缩性。 传统的聚合物化学合成技术的发展仍然是围绕着可反应的模块基团来生产出长度更长、相对分子质量更大的线性分子。然而, 这种直链型线性分子的设计无论在其现有长度上、原子位置上、共价键连通性上和分子的整体形状上都非其现有合成技术可控制, 所合成的线性分子有着无法避免的不精确性和临界变异性。相比之下, 通过逐步顺序反应, 树枝状聚合物有着算术精度的非连续可计数分叉丛。对比两种技术的差异可知: 树枝状聚合物的生产更加精密, 更加可控, 最终合成的分子具有可靠的完整性, 这成为其在可控制水化学应用中的显著优势。 一套产水量 216 m3/h 的市政反渗透系统使用基于树枝状聚合物的阻垢剂相比直链型线性分子聚合物阻垢剂所带来的膜系统性能的变化见图 4。由图 4 可以看出, 该系统从 2001 年 1 月到2001年 7 月使用直链型阻垢剂。在此期间膜系统需要 6 次化学清洗。从 2001 年 8 月换用基于树枝状聚合物的反渗透膜阻垢剂后的 9 个月中, 反渗透只进行了 1 次清洗, 而且在清洗后系统产水量明显增加,而压差却降低。 可见, 由于树枝状聚合物分子特殊的几何和化学特征, 使基于树枝状聚合物的反渗透膜阻垢剂相比晶体修改型阻垢剂优势十分明显。 相比晶体修改剂, 树枝状聚合物拥有巨大的内外表面积和巨量终端功能团, 所以可以提供比其他阻垢剂更高的阻垢载荷, 使其能控制各种金属离子、有机分子和无机分子。更高的溶解度使其与传统阻垢剂标准液相比可以最大 11 倍浓缩生产, 因此比传统阻垢剂标准液可以节约 90%的运输储运成本, 减小加药系统, 使用也更加方便。分子设计中不含任何有机磷或无机磷酸盐, 这样不仅可以减少膜系统微生物污染的危险,也减少了对环境的影响。由于线性聚合物分子其本身的不稳定性和较低的溶解度, 为了加强对诸如BaSO4等垢的控制, 常常需要加入更多的线性聚合物阻垢剂。这些传统的阻垢剂稳定性比树枝状聚合物相差近 20 倍, 一旦在反渗透中加药质量浓度超过5 mg/L, 阻垢剂本身就会污染膜系统, 而树枝状聚合物的稳定性使其对膜绝对安全, 实际测试显示当加药质量浓度高达 1 000 mg/L 时, 对膜元件也无任何污染。  |
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