具非对称分离层的纳滤复合膜构建及染料分离特性研究
发布时间：2021-03-31 11:14
纳滤膜分离技术以其运行压力低、分离效率高、易于规模化等优点,在饮用水净化、污水处理、工业流体浓缩与分离等领域具有广阔的应用前景。纳滤分离技术的核心为高性能纳滤膜材料,目前市场主流的纳滤膜产品为界面聚合制备的聚酰胺纳滤复合膜。但受分离层微结构及物化性质所限,该类纳滤复合膜在实际应用过程中,尤其是在处理水质较为复杂的印染废水中,仍存在选择分离性能偏低和膜污染严重等问题。因而,研究开发具有优异选择分离性能和抗污染性能的纳滤复合膜,具有十分重要的科学意义和实用价值。论文从纳滤复合膜分离层微结构入手,创造性地提出构建非对称分离层的策略,在保证纳滤复合膜溶质截留性能不变的前提下,有效降低分离层的溶剂渗透阻力,提升纳滤复合膜的分离性能;在构建非对称分离层的同时,同步实现对分离层的功能化,进一步改善纳滤复合膜的分离性能和抗染料沉积性能。论文首先通过调节界面聚合反应配方及制备工艺获得高渗透性聚酰胺分离层,并以此为基础采用表面酰胺化交联、二次界面反应、表面接枝等手段,对聚酰胺分离层进行非对称化及功能化重构,制备具非对称分离层的纳滤复合膜;采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪（ATR-FTIR）、X-射线光电...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１相转化法制备纳滤膜的机理示意图ｗ??
浙江理工大学博士学位论文?具非对称分离层的纳滤复合膜构建及染料分离特性研究??非溶剂致相分离法制备高性能的纳滤膜主要在于选择合适的膜材料，并根??据对纳滤膜材料分离性能、微观结构的需求，结合该材料的物化性质（如溶解度??参数、分子量及分布等）、匹配的有机溶剂等，以图１．１所示的相分离机理出发，??进一步优化铸膜液配方及相对应的制膜工艺［８］，其中铸膜液配方包括高分子膜材??料的固含量、添加剂种类及含量等，相对应的制膜工艺则包括空气隙时间、环境??相对温湿度、凝固浴组成及温度等［９］。??誦＿??２０００ｘ｜?｛ｎｗｇｎｉｆｅｉｔｉｏｎ：?Ｉ６０００ｘ｜??ｍｍ??［ｍａｇｎｉｆｉｃａｉｉｏｎ：?２０００ｘ｜?丨ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ：丨?６（Ｘ）〇ｘｌ??图１．２聚醚砜纳滤膜电镜断面图：（ａ）以ＤＭＦ为溶剂；（ｂ）以ＮＭＰ为溶剂ｌ｜（）ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＰＥＳ?ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ：?（ａ）?ＤＩＭＦ?ａｓ?ｓｏｌｖｅｎｔ?ａｎｄ?（ｂ）?ＮＭＰ??ａｓ?ｓｏｌｖｅｎｔ．??Ｂｏｕｓｓｉｉ等［｜（）］以聚醚砜为膜材料，并选用两种不同极性的有机溶剂Ｎ，Ｎ－二甲??基甲酰胺（ＤＭＦ）、Ｎ－甲基吡咯烷酮（ＮＭＰ），采用非溶剂致相转化法制备纳滤??膜。实验结果表明，两种溶剂制得的纳滤膜截留分子量接近，而以ＤＭＦ为溶剂??的纳滤膜渗透通量仅为以ＮＭＰ为溶剂的纳滤膜的一半。作者认为这主要是因为??前者所形成的致密皮层厚度较大，意味着在运行过程中水分子需要克服更大的渗??透阻力才能到达产水侧，两种纳滤膜的扫描电镜断面图（见图１．２）也证实前者??的致密分离层厚
的交联剂，对高分子功能材??料中的羟基等活性基团进行交联，获得非水溶且较为致密的分离层［２Ｇ］。??Ｐｅｎｇ等［２１］以聚砜超滤膜为支撑层，在其表面引入聚乙烯醇水凝胶并采用不??同的交联剂进行交联得到致密表层，从而制备纳滤复合膜。研宄发现，水分子和??无机盐在聚乙烯醇涂覆层的传质速率与聚乙烯醇涂层沉积工艺（聚乙烯醇的浓度、??交联剂的种类等）以及分离工艺（如进料液的ｐＨ值、溶液中无机盐离子物化性??质）有关。??１?，??ｒＶＡ?０－（产！二－ｗ－??隨ｗ；?焚兩？??图１．３以ＧＡ为交联剂制备ＰＳＳＮａ／ＰＶＡ复合皮层示意图ｌ２２ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＰＳＳＮａ／ＰＶＡ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｓｋｉｎ?ｌａｙｅｒ?ｗｉｔｈ??ＧＡ?ａｓ?ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇ?ａｇｅｎｔ．??为提高分离层对单价离子与多价离子的选择分离性能，Ｌｉｕ等选用水溶性??的聚乙烯醇作为功能材料，以戊二醛为交联剂形成稳定的分离层，同时利用高分??子链之间的缠绕作用，引入强电解质聚苯乙烯磺酸钠，增强分离层的荷电性，以??提高单价离子与二价离子的选择分离性。试验结果表明，ＰＶＡ７ＧＡ复合膜在０．５??ＭＰａ下的渗透通量为２１．０?１／ｍ２?ｈ，对ＮａＣｌ及Ｎａ２Ｓ〇４的脱除率分别为６９．８％、??９６．５％；而添加聚苯乙烯磺酸钠后，滲透通量提升至４１．７?ｌ／ｍ２ｈ，?ＮａＣｌ脱除率下??５??
本文编号：3111340
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１相转化法制备纳滤膜的机理示意图ｗ??
浙江理工大学博士学位论文?具非对称分离层的纳滤复合膜构建及染料分离特性研究??非溶剂致相分离法制备高性能的纳滤膜主要在于选择合适的膜材料，并根??据对纳滤膜材料分离性能、微观结构的需求，结合该材料的物化性质（如溶解度??参数、分子量及分布等）、匹配的有机溶剂等，以图１．１所示的相分离机理出发，??进一步优化铸膜液配方及相对应的制膜工艺［８］，其中铸膜液配方包括高分子膜材??料的固含量、添加剂种类及含量等，相对应的制膜工艺则包括空气隙时间、环境??相对温湿度、凝固浴组成及温度等［９］。??誦＿??２０００ｘ｜?｛ｎｗｇｎｉｆｅｉｔｉｏｎ：?Ｉ６０００ｘ｜??ｍｍ??［ｍａｇｎｉｆｉｃａｉｉｏｎ：?２０００ｘ｜?丨ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ：丨?６（Ｘ）〇ｘｌ??图１．２聚醚砜纳滤膜电镜断面图：（ａ）以ＤＭＦ为溶剂；（ｂ）以ＮＭＰ为溶剂ｌ｜（）ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＰＥＳ?ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ：?（ａ）?ＤＩＭＦ?ａｓ?ｓｏｌｖｅｎｔ?ａｎｄ?（ｂ）?ＮＭＰ??ａｓ?ｓｏｌｖｅｎｔ．??Ｂｏｕｓｓｉｉ等［｜（）］以聚醚砜为膜材料，并选用两种不同极性的有机溶剂Ｎ，Ｎ－二甲??基甲酰胺（ＤＭＦ）、Ｎ－甲基吡咯烷酮（ＮＭＰ），采用非溶剂致相转化法制备纳滤??膜。实验结果表明，两种溶剂制得的纳滤膜截留分子量接近，而以ＤＭＦ为溶剂??的纳滤膜渗透通量仅为以ＮＭＰ为溶剂的纳滤膜的一半。作者认为这主要是因为??前者所形成的致密皮层厚度较大，意味着在运行过程中水分子需要克服更大的渗??透阻力才能到达产水侧，两种纳滤膜的扫描电镜断面图（见图１．２）也证实前者??的致密分离层厚
的交联剂，对高分子功能材??料中的羟基等活性基团进行交联，获得非水溶且较为致密的分离层［２Ｇ］。??Ｐｅｎｇ等［２１］以聚砜超滤膜为支撑层，在其表面引入聚乙烯醇水凝胶并采用不??同的交联剂进行交联得到致密表层，从而制备纳滤复合膜。研宄发现，水分子和??无机盐在聚乙烯醇涂覆层的传质速率与聚乙烯醇涂层沉积工艺（聚乙烯醇的浓度、??交联剂的种类等）以及分离工艺（如进料液的ｐＨ值、溶液中无机盐离子物化性??质）有关。??１?，??ｒＶＡ?０－（产！二－ｗ－??隨ｗ；?焚兩？??图１．３以ＧＡ为交联剂制备ＰＳＳＮａ／ＰＶＡ复合皮层示意图ｌ２２ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＰＳＳＮａ／ＰＶＡ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｓｋｉｎ?ｌａｙｅｒ?ｗｉｔｈ??ＧＡ?ａｓ?ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇ?ａｇｅｎｔ．??为提高分离层对单价离子与多价离子的选择分离性能，Ｌｉｕ等选用水溶性??的聚乙烯醇作为功能材料，以戊二醛为交联剂形成稳定的分离层，同时利用高分??子链之间的缠绕作用，引入强电解质聚苯乙烯磺酸钠，增强分离层的荷电性，以??提高单价离子与二价离子的选择分离性。试验结果表明，ＰＶＡ７ＧＡ复合膜在０．５??ＭＰａ下的渗透通量为２１．０?１／ｍ２?ｈ，对ＮａＣｌ及Ｎａ２Ｓ〇４的脱除率分别为６９．８％、??９６．５％；而添加聚苯乙烯磺酸钠后，滲透通量提升至４１．７?ｌ／ｍ２ｈ，?ＮａＣｌ脱除率下??５??
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