基于MIL-53（Fe）混合基质正渗透膜的制备及应用研究

发布时间：2020-10-11 00:27

　　 近年来,正渗透膜分离技术以其低污染和低能耗的优势受到了普遍的关注。然而,普通的醋酸纤维素(Cellulose Acetate,CA)正渗透膜具有低渗透性和低选择性的问题,因此,对CA正渗透膜进行改性是提高正渗透膜性能的必需环节。本论文制备了具有高比表面积的MIL-53(Fe)和MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3,并以MIL-53(Fe)、γ-Al_2O_3和MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3作为膜添加剂来改善正渗透膜的结构和性能,具体研究内容如下:采用溶剂热法成功制备了MIL-53(Fe),并利用XRD、SEM、FTIR以及N_2吸脱附对MIL-53(Fe)进行了表征与分析。其后将MIL-53(Fe)作为膜添加剂,研制了CA/MIL-53(Fe)混合基质正渗透膜,并系统地研究了膜制备过程中MIL-53(Fe)含量、共混温度、凝固浴温度和热处理温度对正渗透膜的影响。得到了最佳的制膜工艺参数:MIL-53(Fe)的最佳含量为0.6 wt.%,最佳共混温度为50°C,最佳凝固浴温度为30°C,最佳热处理温度为60°C;该条件下所制备的CA/MIL-53(Fe)混合基质正渗透膜的水通量和反向盐通量分别达到34.9 L/(m~2·h)和2.02 g/(m~2·h)。对制备的CA/MIL-53(Fe)混合基质正渗透膜的结构和性能进行分析,并与商业化正渗透膜(HTI膜)和CA正渗透膜进行对比,结果表明,MIL-53(Fe)添加剂改善了正渗透膜的膜孔、亲水性和粗糙度,提高了正渗透膜的分离性能。以γ-Al_2O_3为膜添加剂研制了CA/γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜。通过SEM、FTIR以及N_2吸脱附手段对γ-Al_2O_3进行了表征与分析,并系统地研究了γ-Al_2O_3含量、共混温度、凝固浴温度和热处理温度对膜的影响。得出了最佳的制膜工艺参数:γ-Al_2O_3的最佳含量为0.5 wt.%,最佳共混温度为60°C,最佳凝固浴温度为30°C,最佳热处理温度为70°C;该条件下所制备的CA/γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜的水通量和反向盐通量分别为31.6 L/(m~2·h)和3.57 g/(m~2·h),与HTI膜和CA正渗透膜相比,γ-Al_2O_3的添加提高了正渗透膜的的渗透性能。采用溶剂热法成功制备了MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3复合物,并利用XRD、SEM、FTIR以及N_2吸脱附对MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3进行了表征与分析。其后将MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3作为膜添加剂,研制了CA/MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜,并系统地研究了膜制备过程中MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3含量、共混温度、凝固浴温度和热处理温度对膜的影响。得出了最佳的制膜工艺参数:MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3的最佳含量为0.5wt.%,最佳共混温度为60°C,最佳凝固浴温度为30°C,最佳热处理温度为60°C。该条件下所制备的CA/MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜的水通量和反向盐通量分别达到37.1L/(m~2·h)和1.78 g/(m~2·h)。对制备的CA/MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜进行了结构和性能分析,结果表明,MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3添加剂改善了正渗透膜的结构,提高了正渗透膜的分离性能。最后,将HTI膜和自制的CA正渗透膜、CA/MIL-53(Fe)、CA/γ-Al_2O_3、CA/MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜进行海水淡化试验。试验以2 M的葡萄糖溶液作为汲取液、海水作为原料液,测试了在1 h内各个正渗透膜的水通量和截盐率的变化情况。在水通量方面,CA/MIL-53(Fe)、CA/γ-Al_2O_3和CA/MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜的水通量明显优于CA正渗透膜和HTI膜;然而自制的正渗透膜的水通量在稳定性方面要低于HTI膜。在截盐率方面,自制的正渗透膜的截盐率及稳定性都低于HTI膜,但CA/MIL-53(Fe)、CA/γ-Al_2O_3和CA/MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜的截盐率明显优于CA正渗透膜,且CA/MIL-53(Fe)@γ-Al_2O_3混合基质正渗透膜的性能要优于另外两种改性膜。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2
【部分图文】：

基于 MIL-53(Fe)混合基质正渗透膜的制备及应用研究1 傅里叶变换红外光谱仪 Nicolet iS50 美国 Thermo Scientific 公司2 扫描电子显微镜 S2500 日本 Hitachi 公司3 接触角测试仪 OCA40 德国 Dataphysics Instruments 公4 超声波清洗器 KQ2200 昆山市超声仪器有限公司渗透膜分离性能测试方法渗透膜的分离性能一般是利用正渗透的水通量和反向盐通量或者截盐率 2.1 是正渗透膜的分离性能测试装置图。在室温条件下，1 M 的氯化钠溶，去离子水作为原料液，采用错流方式进行测试。汲取液和原料液所处一样的，其中在汲取液一侧使用电子天平来记录质量的变化，原料液一仪来测量电导率的变化，利用蠕动泵（转速 100 rpm）来调节原料液和汲速。

行热处理 15 min。3(Fe)的表征方法Fe)的表征方法详见第二章。膜分离性能的测定和结构的表征CA 正渗透膜和 CA/MIL-53(Fe)混合基质正渗透膜分离性能第二章。(Fe)的表征分析分析 MIL-53(Fe)进行了 XRD 分析，见下图 3.1。

济南大学硕士学位论文MIL-53(Fe)的XRD谱图中可以看出，MIL-53(Fe)在2θ为9.2 25.3°出现了明显的衍射峰，且峰形尖锐，结晶性能良好，成的 MIL-53(Fe)的出峰位置与文献中 MIL-53(Fe)的标准卡基IL-53(Fe)纳米材料。分析 MIL-53(Fe)进行了 FTIR 分析，见下图 3.2。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 解利昕;辛婧;解奥;;三乙酸纤维素正渗透膜的制备与性能[J];化工进展;2014年10期

2 邹盛欧;;浓缩甲醇用高性能选择渗透膜[J];精细化工信息;1987年08期

3 张应焞;;高性能氧渗透膜[J];低温与特气;1989年01期

4 晓恺;;认识身边渗透膜[J];科学大众(中学版);2007年01期

5 肖维溢;管盼盼;王铎;;新型聚酰胺复合正渗透膜的制备与表征[J];功能材料;2016年S1期

6 刘乾亮;刘彩虹;马军;刘惠玲;;正渗透膜处理源分离尿液效能与工艺运行特性[J];中国给水排水;2016年09期

7 方舟;高悦;梁鹏;张潇源;黄霞;;正渗透膜浓缩生活污水效果及膜过程特性[J];中国给水排水;2015年05期

8 刘子文;黄肖容;张汉泉;;高性能醋酸纤维素正渗透膜的制备[J];材料导报;2014年14期

9 宗同强;赵玉宏;李娜;;正渗透膜成分与结构分析[J];广州化学;2013年02期

10 李丽丽;王铎;;醋酸纤维素正渗透膜的制备及其性能研究[J];功能材料;2012年05期

相关博士学位论文 前7条

1 郑可;聚氯乙烯共混膜为基膜的高性能复合正渗透膜的制备与表征[D];华南理工大学;2018年

2 金海洋;改性正渗透膜的制备及性能研究[D];武汉大学;2017年

3 高凤凤;低维碳基电控离子选择渗透膜的制备及重金属离子分离[D];太原理工大学;2017年

4 郝新敏;选择性渗透膜材料、传质模型及生化防护机理的研究[D];东华大学;2005年

5 孔繁鑫;渗透膜对微量有机物的去除与传质特性研究[D];清华大学;2015年

6 李刚;正渗透膜的制备与应用[D];中国海洋大学;2014年

7 王亚琴;高性能正渗透复合膜的制备及表征[D];中国科学技术大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 巴学莲;基于MIL-53（Fe）混合基质正渗透膜的制备及应用研究[D];济南大学;2019年

2 尚敏;醋酸纤维素正渗透膜的制备及性能研究[D];东北林业大学;2019年

3 雷晓斌;基于选择层改性的正渗透膜制备及其对水中重金属离子的去除研究[D];深圳大学;2018年

4 康慧;碳纳米材料/聚合物高通量复合正渗透膜的结构设计[D];天津工业大学;2019年

5 方晓敏;超滤浓缩EPS及其正渗透膜分离实验研究[D];北京建筑大学;2019年

6 李梦娜;MoS_2对正渗透膜性能的影响及作用机理[D];山东大学;2018年

7 刘昶志;正渗透低产水量现象研究[D];华中科技大学;2017年

8 牛飞虎;低结构参数纳米纤维正渗透膜的制备及其应用研究[D];东华大学;2018年

9 孙晚莹;聚丙烯腈纳米纤维/壳聚糖复合正渗透膜的结构设计[D];天津工业大学;2018年

10 周宗尧;薄层复合正渗透膜的结构设计及性能调控[D];中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所);2018年

本文编号：2835765