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矽量子點/聚醯胺/聚醚碸中空纖維膜的製備與應用於奈米過濾之研究

為了解決SKIN 2P的問題，作者張智翔 這樣論述：

隨著全球人口增加和經濟的高速發展，水資源缺乏與廢水問題越來越嚴重，而在廢水處理技術中，奈米過濾 (nanofiltration, NF)膜可以有效處理廢水，甚至可回收廢水中的多價重金屬離子。相較於平板膜，中空纖維膜可以提供更高的比表面積，使單位體積模組具高的有效作用面積，可提升單位時間的廢水處理量。本研究合成兩種含矽之矽量子點 (silicon quantum dots, SiQDs)，分別為具有胺官能基團的矽量子點 (NSiQDs)和兼具胺及羥基官能基團的矽量子點 (NOSiQDs)。由於合成之矽量子點具有胺基團，可以與醯氯單體產生反應，形成聚醯胺 (polyamide, PA)。因此本研

究以合成之SiQDs作為水相單體，並與均苯三甲醯氯 (trimesoyl chloride, TMC)在聚醚碸(polyethersulfone, PES)中空纖維膜的管腔內部進行界面聚合反應，以製備PA /PES超薄複合(thin-film composite, TFC)中空纖維奈米過濾薄膜。在奈米過濾效能測試以及光穿透實驗中發現，以NSiQD及NOSiQDs量子點作為界面聚合反應之水相溶液單體，其聚合反應的速率較使用哌嗪 (piperazine, PIP)做水相單體來得慢，且較慢的反應速率導致的低交聯程度對分離效能有直接的影響。本研究同時選定親水性較佳的NOSiQDs與PIP以定比例混合，

作為界面聚合時的水相溶液，期望改善PA/PES中空纖維奈米過濾複合薄膜的二價鹽截留率較低的問題。 在NOSiQDs/PIP水相溶液混合比例的實驗中發現，NOSiQDs與PIP之間形成的氫鍵可以有效幫助提升與TMC的聚合程度，藉此提升PA/PES複合中空纖維膜的二價鹽截留率，但隨著NOSiQDs/PIP混合水相溶液中NOSiQDs比例提升，因羥基比例的提升又會使聚合程度下降，形成較鬆散的聚合層，混合水相溶液的最佳單體混合比例為50/50 NOSiQDs/PIP。 本研究結果顯示，在相同水相混合比例SiQDs/PIP=50/50，且同樣聚合條件下，由於 NOSiQDS/PIP的TFC膜

比NSiQDs/PIP的TFC膜具有更多的羥基可提供高親水性，因此製備之PA/PES複合中空纖維膜具有更高的滲透水通量，在4 bar的操作壓力下，兩條件所製備之TFC膜其純水通量分別為58.3414.26 LMH及36.955.73 LMH。而50NOSiQDs/50PIP製備的TFC中空纖維膜與PIP-TMC製備的TFC中空纖維膜相比，50NOSiQDs/50PIP製備的TFC中空纖維膜其二價鹽硫酸鈉的截留率比PIP-TMC製備的TFC中空纖維膜高出16%，分別約為96%與80%。儘管混合水相溶液製備的TFC中空纖維膜的滲透通量略微下降，本研究依舊提供了有效的方法提升奈米過濾二價鹽截留率

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