添加剂对聚砜超滤膜的微细结构及亲水性能的影响

发布时间：2017-09-04 09:04

  本文关键词：添加剂对聚砜超滤膜的微细结构及亲水性能的影响

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【摘要】：工业上常用聚砜树脂作超滤材料,但聚砜具有较强的疏水性,聚砜超滤膜在实际应用中存在抗污性差,膜寿命短的问题。本文以聚砜膜为研究对象,以改善聚砜膜的亲水性为主要研究任务,并对多种铸膜液配方下制得的膜进行测试及模糊数学分析,从而找出综合性能最好的膜。论文从研究不同的添加剂对制得的膜的结构和性能的影响出发,在理论上解释了添加剂对膜的结构与性能的影响,为制成渗透性好、抗污性强以及亲水性好的聚砜超滤膜提供了理论指导。本研究通过改变PSF铸膜液的配比,添加不同种类的添加剂(聚乙二醇PEG、聚乙烯吡咯烷酮PVP、不同分子量的PEG以及混合添加剂纤维素/Li Cl、PVP/Li Cl),改变添加剂的浓度,得到不同结构与性能的超滤膜。并通过膜的水通量测试、接触角测试、平均孔径测试、污染指数测试、平衡水含量测试及对膜进行电镜扫描等实验,来表征膜的亲水性、水通量、孔径分布、抗污性、膜形貌特征。通过对测试结果的分析,得到高通量、抗污性好的亲水膜。研究结果表明:随PVP-K30含量的增加,膜的接触角从79.13°降至71.21°,膜的接触角与PVP添加量负相关。膜的平均孔径逐渐增大,当其含量为8%时,平均孔径增至21nm,此时通量最高达到231.4 L/(m2·h),截留率最低。用模糊数学分析得:用PVP-K30作为聚砜膜的添加剂,其含量为8%时制得的膜在水通量,亲水性,截留能力上表现出的综合性能最好。随着PEG含量及分子量大小的增加,膜的接触角随着加入的PEG大分子含量的增加,膜表面的接触角变小。PEG的加入会影响膜的平均孔径大小,而且总体上膜的孔径大小与PEG含量及PEG的分子量大小的增加呈现正相关。在此变化范围内,膜的水通量总体呈增加趋势,与此同时膜的截留率呈下降趋势。用模糊数学分析得:当用PEG-400作为添加剂时,其含量为10%时制得的膜表现出的综合性能最好。当用PEG-2000作为聚砜膜的添加剂,含量为10%时制得的膜综合性能最好。当用PEG-6000作为添加剂,其含量为6%时制得的膜综合性能最好。当用PEG-20000作为添加剂,其含量为6%时制得的膜综合性能最好。当PVP-K30含量为6%,随第二添加剂LiCl浓度的逐渐增加,膜的接触角逐渐减小,LiCl含量为3%时,水通量最大达到223.2 L/(m2·h)。用模糊数学分析得:PVP-K30含量为6%时,改变第二添加剂LiCl,当LiCl含量为5%时制得的膜综合性能最好。LiCl含量为3%,随第二添加剂纤维素含量的增加,膜的接触角由73.71°降低至65.23°。膜的水通量从189.3 L/(m2·h)升高至402.6 L/(m2·h),截留率下降。用模糊数学分析得:当LiCl含量为3%,改变第二添加剂纤维素含量时,纤维素含量为2%制得的膜综合性能最好。
【关键词】：聚砜超滤膜 共混改性 聚乙烯吡咯烷酮 聚乙二醇 氯化锂 纤维素
【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
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 膜分离技术简介10-14
• 1.1.1 膜分离的发展史10-11
• 1.1.2 膜分离过程11
• 1.1.3 膜的制备11-12
• 1.1.4 膜分离技术的应用12-14
• 1.2 超滤概述14-15
• 1.2.1 超滤的基本理论14-15
• 1.2.2 超滤膜性能表征15
• 1.3 聚砜膜材料15-20
• 1.3.1 聚砜的合成16
• 1.3.2 聚砜的性能及应用16-17
• 1.3.3 聚砜超滤膜的成膜机理17-18
• 1.3.4 聚砜超滤膜的研究现状18-20
• 1.4 课题的提出及研究意义20-21
• 第二章 实验部分21-28
• 2.1 实验的设计思路21
• 2.2 实验材料与设备21-22
• 2.2.1 实验材料21
• 2.2.2 实验仪器21-22
• 2.3 PSF膜的制备过程22-24
• 2.3.1 PVP为添加剂聚砜膜的制备22
• 2.3.2 PEG为添加剂聚砜膜的制备22
• 2.3.3 两种添加剂PVP、LiCl聚砜膜的制备22
• 2.3.4 两种添加剂LiCl、纤维素聚砜膜的制备22-24
• 2.4 水通量测试24
• 2.5 接触角测试24-25
• 2.6 平衡水含量测试25-26
• 2.7 平均孔径测试26
• 2.8 膜的截留测试26-27
• 2.9 膜的污染指数测试27
• 2.10扫描电子显微镜观察膜的表观结构27-28
• 第三章 实验结果与分析28-50
• 3.1 水通量测试结果分析28-31
• 3.2 接触角测试结果与分析31-34
• 3.3 平衡水含量测试结果与分析34-37
• 3.4 平均孔径及截留率测试结果分析37-40
• 3.5 膜的染指数测试结果与分析40-41
• 3.6 膜的形貌分析41-44
• 3.7 用模糊数学分析法对各膜的综合性能分析44-50
• 第四章 结论及展望50-52
• 4.1 主要结论50-51
• 4.2 展望51-52
• 参考文献52-59
• 攻读学位期间的研究成果59-60
• 致谢60

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本文编号：790543