芳香聚酰胺反渗透复合膜表面接枝分子刷及其性能研究

发布时间：2017-11-15 22:16

  本文关键词：芳香聚酰胺反渗透复合膜表面接枝分子刷及其性能研究

  更多相关文章： 聚酰胺复合膜 反渗透膜 聚乙二醇单甲醚(mPEG) 接枝 聚合物分子刷 抗污染 耐氯

【摘要】：反渗透技术在电子、化工、医药、食品等行业中的脱盐、超纯水、废水处理以及各种分离提纯过程中得到广泛应用,尤其是海水和苦咸水淡化。芳香聚酰胺反渗透复合膜是目前反渗透膜领域的主流产品,膜污染及耐氯性能差则是制约聚酰胺反渗透膜应用发展的主要瓶颈,而通过表面改性对膜表面性质进行调控,是改善膜抗污染性能和耐氯性能的有效手段。本论文通过在芳香聚酰胺反渗透复合膜表面接枝分子刷材料,以改善和提高反渗透膜的性能,并对其进行表征。以戊二醛为链接剂、聚乙二醇单甲醚(mPEG)为功能改性材料,在聚酰胺反渗透膜表面构筑聚合物分子刷。以水渗透通量和截留率为膜性能评价指标,探究不同改性工艺条件与膜性能之间的关系,并确定本实验的较优改性工艺条件。实验中主要探究戊二醛浓度、mPEG浓度、热处理温度和热处理时间等改性工艺条件对改性膜分离性能的影响。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、热场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、静态接触角测定仪、Zeta电位测定仪等对改性前后膜表面的化学组成、表面微观形貌、亲水性以及荷电性等性质进行表征。同时,采用错流实验对膜抗污染性能和分离性能进行评价,采用静态浸泡法研究膜耐氯性能,探索mPEG对膜分离性能、微结构、抗污染性能和耐氯性能的影响规律。具体研究结果如下所述:(1)膜表面物理化学性质研究表明:以戊二醛为链接剂,可成功将mPEG聚合物刷接枝于聚酰胺反渗透膜表面。ATR-FTIR红外光谱结果显示,1716 cm-1、1028 cm-1和926 cm-1处出现新吸收峰,表明以戊二醛为链接剂能成功地将聚乙二醇单甲醚接枝于聚酰胺反渗透膜表面。同时,由XPS谱图对比结果显示,与未改性膜相比,改性膜在285.9 eV处出现C-O-C峰,表明mPEG成功接枝于膜表面,并据此计算了不同浓度mPEG改性膜的接枝率且接枝率随mPEG浓度增大而增加。改性后膜表面前后接触角由59.0°降至42.3°,亲水性明显增强。AFM分析结果表明改性前后粗糙度增大,膜表面均呈现峰谷状结构。另外,Zeta电位测试表明在pH=7时改性膜表面负电荷少于未改性膜,但改性前后复合膜等电点变化不大。(2)膜分离性能研究结果表明:改性膜的分离性能可通过改变接枝工艺条件进行调控。随着mPEG浓度增加,膜渗透通量降低,截留率趋于稳定,膜固有阻力mR值逐渐增加。随着戊二醛浓度的增加,膜的渗透通量降低,截留率略有提升。随着热处理时间的增加,渗透通量降低,截留率趋于稳定。热处理温度对渗透通量和截留率,影响并不大。芳香聚酰胺反渗透复合膜表面接枝mPEG的较优工艺条件为:mPEG浓度为1.0w/v%,戊二醛浓度为0.1w/v%,热处理温度为65℃,热处理时间为1.5min。(3)污染及耐氯实验研究表明:接枝改性可有效提高聚酰胺反渗透膜的抗污染和耐氯性能。与未改性膜相比,改性膜对腐殖酸、BSA、鞣酸、DTAB和SDS均表现良好的抗污染性能。经24000 ppm·.h.Cl2氯化处理后,原始膜的氯化钠脱盐率由97.69%下降至90.03%,而经2.0%mPEG接枝的改性膜的氯化钠脱盐率仅由97.69%下降至96.75%。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：1191335