反渗透膜表面迈克尔加成法构建两性离子耐污染层的研究

发布时间：2019-01-26 19:45

【摘要】：膜污染是制约反渗透膜进一步发展与应用拓展的瓶颈问题之一。本课题基于两性离子的耐污染机理,通过迈克尔加成反应,以两性离子正电基团候选物(PCC)及负电基团候选物(NCC)为原料,温和、高效地实现了在聚酰胺(PA)反渗透膜表面构建两性离子结构PCC-NCC的目的,进而制备出两性离子耐污染反渗透膜。首先以超支化聚乙烯亚胺(PEI)为PCC,丙烯酸(AA)为NCC,通过迈克尔加成实现了PEI-AA的构建,及两性离子PEI-AA160/PA膜的制备,并探究了两性离子构建的关键因素。采用静态及动态蛋白质吸附表征考察PEI-AA160/PA膜耐污染性能。通过对其微观结构、表面性质、分离性能表征,探究两性离子结构对膜结构与性能的影响。并考察PEI-AA160/PA膜两性离子结构的耐酸、碱、活性氯的性质。最后,通过筛选不同类型PCC、NCC,实现了多种两性离子结构的构建及膜的制备,探究迈克尔加成法两性离子构建的可设计性；并对PCC.NCC特点进行总结。具体结论如下：(1)迈克尔加成法两性离子PEI-AA/PA膜制备：在35℃水溶液中温和地实现了PA膜表面两性离子结构PEI-AA的构建,及最优性能两性离子耐污染PEI-AA160/PA膜的制备；探明正电基团与负电基团间电荷平衡是迈克尔加成两性离子构建的关键所在；(2)两性离子PEI-AA160/PA膜耐污染性能研究：PEI-AA160/PA膜在pH分别为5、7、9的条件下均表现出优异的耐污染性能,其蛋白质的表面吸附量仅为未改性PA膜的5%左右；且PEI-AA160/PA膜既能有效抵抗不同种类、不同电性蛋白质的吸附,膜受污后,又具有良好的水通量恢复率；(3) PEI-AA160/PA膜结构与分离性能研究：PA膜表面两性离子结构PEI-AA的构建,使膜表面亲水性显著增加,但并未造成选择分离层厚度及表面粗糙度的增加,因而这一超薄亲水耐污染层使膜水通量提高20%左右,NaCl截留率略有提高；(4) PEI-AA160/PA膜两性离子结构稳定性研究：PEI-AA160/PA膜表面两性离子结构具有良好的耐酸和耐碱性质；由于活性氯对聚酰胺膜选择分离层的破坏分解,其耐氯性较差。(5)不同类型两性离子PCC-NCC/PA膜的设计与制备：通过筛选不同类型的PCC、NCC,实现了六种两性离子结构PCC-NCC的设计,及六种两性离子PCC-NCC/PA膜的制备,其均表现出优异的耐污染性能；研究发现PCC、NCC的分子大小、分子结构、链段长度、正负电基团种类等因素具有很强的可设计性。(6)PCC与NCC结构分析：通过迈克尔加成法在PA膜表面构建两性离子的PCC需含有与PA膜表面羧基反应的功能基团A、与迈尔克受体反应的功能基团B、碱性基团C；而相应NCC为烯酸类结构、含有酸性基团的烯酸酯类结构、含有酸性基团及马来酰亚胺位点的结构。本文实现了两性离子结构的高效设计及具有优异耐污染性能两性离子PCC-NCC/PA膜的温和制备。探明PA膜表面迈克尔加成法构建两性离子结构的可设计性因素,及相应PCC、NCC原料的结构特点,为两性离子结构设计及耐污染两性离子膜的制备提供了思路与理论基础。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.893

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