新型高通量聚酰胺复合正渗透膜制备及其性能研究

发布时间：2020-06-30 19:08

【摘要】：正渗透(FO)过程是近年来逐渐发展起来的新型膜分离过程,随着其技术的不断发展与创新,对正渗透膜性能要求也越来越高。复合正渗透膜因其性能良好,具有相对高水的通量等特点得到越来越多的研究者重视。但目前聚酰胺复合正渗透膜仍然存在水通量不足够高,耐氯性差等缺点,因此本文主要针对上述问题,研究开发一种新型的复合正渗透膜,并研究制备工艺条件和操作参数对膜性能的影响及其耐氯性和抗污染性。实验采用聚砜作为聚合物制备多孔支撑基膜,采用间苯二甲胺(m-XDA)和均苯三甲酰氯(TMC)作为水相和油相单体,通过界面聚合法制备聚酰胺复合正渗透膜,考察了挥发时间、聚砜浓度、添加剂浓度、水浴温度、单体浓度、聚合时间、热处理温度等影响因素对成膜性能影响。在最优化的实验条件下制备出复合正渗透膜,进行初步的性能测试,并对膜的耐氯性和抗污染情况进行探讨。实验通过改变聚砜的浓度、添加剂浓度、水浴温度等因素制备出不同类型的多孔支撑基膜,并研究其对复合正渗透膜的性能影响。结果表明,相同条件下制备出的复合正渗透膜随着基膜中聚砜浓度的提高水通量呈现下降的趋势,截留率先增大后降低；随着铸膜液中添加剂的增加,水通量呈现降低的趋势,截留率差异不大,均在90%以上。当TMC浓度一定时,其他条件不变改变间苯二甲胺浓度(从0.5%增加到1.5%),水通量随着间苯二甲胺浓度的增加而逐渐下降,截留率变化不大,都在90%以上。其原因可能是,当间苯二甲胺浓度低时,形成的复合层较薄,对盐的截留效果不好,而水通量比较大；浓度过高时,分离层过厚且厚度不均匀等因素导致通量下降。环境湿度对聚砜基膜的性能影响不明显,改变湿度对复合膜性能无较大差异：水浴温度对基膜孔结构也有影响,复合正渗透膜水通量随着水浴的提高先增加后降低。最终得到最佳的复合膜制备方案,基膜：16%的聚砜+77%的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(溶剂)+10%的N-甲基吡咯烷酮(添加剂)+0.4%的H20(非溶剂)+0.6%的十二烷基硫酸钠(SDS)(表面活性剂)；复合层：单体浓度间苯二甲胺(m-XDA)为0.5%(W/W),均苯三甲酰氯(TMC)为0.05%(w/v),挥发时间60s,水浴温度40℃,环境湿度70%rh-80%rh,室温20℃,聚合反应时间120s,后处理温度100℃。所得到的聚酰胺复合正渗透膜性能最好。实验还研究了复合正渗透膜测试过程中,膜面朝向,不同类型的汲取液对膜性能的影响。实验数据表明：当膜的分离层朝向原料液时(即FO模式),膜的水通量较小,反向盐通量也较小；当膜的分离层朝向汲取液时(即PRO模式),膜的水通量较大,其反向盐通量也较大；在其他测试条件不变的情况下,分别选择相同浓度的氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸镁作为汲取液,测试结果显示随着膜两侧渗透压差的减小,膜的水通量也减小；而随着离子水合半径的增大,反向盐通量减小,膜的截留性能变好。将所制备的聚酰胺复合正渗透膜用于耐氯性和耐污染性研究,结果表明：复合正渗透膜有效氯处理量小于2000ppmh时,截留率略有下降,水通量稍有上升。当超过2000ppmh时截留率下降明显且水通量急剧增大。因此所制备的复合正渗透膜的耐氯性能在2000ppmh.通过膜污染实验比对得到,在HA的模拟溶液中,复合正渗透膜的水通量较正常情况下明显下降,再进一步比较pH=5.5和pH=8.0时可见,pH值较低时污染更为严重,水通量更小。因此pH值是影响膜污染情况的重要指标。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.893

【参考文献】