氧化石墨烯改性纳滤膜的制备及性能研究

发布时间：2020-03-31 03:02

【摘要】：纳滤具有部分去除单价离子、操作压力低、渗透压低、节能等优点,在海水淡化和污水处理领域有较大的应用前景。本实验以聚砜(PSF)中空纤维超滤膜作为基膜,采用双向涂覆工艺,通过界面聚合反应制备复合纳滤膜,并以氧化石墨烯(GO)为改性剂,对复合纳滤膜进行亲水性改性,探讨了其对改性膜结构和性能的影响。本文首先讨论了制备聚砜纳滤膜的最佳条件,考察了哌嗪(PIP)用量、水相涂覆时间、均苯三甲酰氯(TMC)用量、界面聚合时间和热处理温度对膜性能的影响,确定了最佳的制膜工艺。最佳参数是:水相PIP浓度1wt%;水相反应时间6min,水相涂覆压力0.05MPa;有机相TMC浓度0.22wt%;界面聚合时间5min;反应温度为20℃;热处理温度为60℃。在0.5MPa的压力下测得纯水通量为13.4L/(m~2·h),对MgSO_4的截留率为90%左右。通过红外表征发现有酰胺官能团生成,扫描电镜和原子力表征发现复合纳滤膜的内表面比较粗糙,表面有明显的山峰状凸起,有超薄功能层生成。采用改进Hummers法合成了GO,并对其进行了TEM、XRD、FTIR表征,结果发现:GO中含有羟基、羧基和羰基含氧亲水性官能团,呈层状结构。采用共混改性的方法将GO加入到涂层溶液中,并考察了其含量对膜结构、渗透性能的影响。当GO含量为0.05%时制备的膜性能最佳,测得膜水通量为20.8L/(m~2·h),对MgSO_4截留率为76.8%。GO改性后的膜具有更低的BSA吸附量,且GO改性后的膜水通量衰减率和恢复率高于未改性膜。最后将制备的纳滤膜进行污水浓缩试验,结果表明:相同时间内相比未改性膜,GO改性膜水通量下降趋势较慢,对COD、硬度和色度的截留率分别为83.0%、77.1%和91%,略低于为PSF纳滤膜;且污染情况较轻,膜污染主要主要来自表面疏松的滤饼层。
【图文】：

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水处理方面独有的优势得到迅速发展，获得了广阔的发展空要依靠压力驱动，起初大多数纳滤膜是经过反渗透衍变形成,14]。纳滤膜的膜孔大小通常为几个纳米左右，纳滤膜的分离滤膜，，尽管纳滤膜的截留性能不如反渗透膜更加彻底，但与不完全截留、工艺流程操作压力低、膜两侧溶液渗透压低和中有 2 个显著的特点：(1) 物理截留或截留筛分效应，对液分子具有分离性能。(2) 电荷效应，溶液中的正负离子与纳电相互作用。纳滤膜对无机盐的截留主要通过电荷效应，对，截留率较低。对于无机盐中的二价和高价离子可以近乎完[15]。纳滤技术因其工艺流程无需高操作压力、单位面积水通，在水处理相关领域有着不可或缺的地位和作用，极大的推究的发展。纳滤技术已经在食品、生物医疗、石油化工等领

板框式膜组件,纳滤膜

PH水通量L/(m2·h·MPa)截留性能NaCl%膜公司膜牌2~11 25 45 美国陶氏 NF-42~11 500 10 日本电工 NTR72~8 21 75 日本东丽 SC-21材料主要应用于超滤和微滤领域，无机纳滤膜为非对称结构，包括大层以及平均孔径小于 2nm 的顶层三部分，截留分子量一般为 200~1以使大孔径支撑层的粗糙度降低，而小孔径顶层则决定了纳滤膜的截纳滤膜对分子的截留更取决于膜本身的电荷性以及过滤离子所带电荷的相互作用。无机纳滤膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和分子筛膜。为多孔陶瓷膜，主要有 Al2O3[34]、ZrO2[35]、SiO2[36]和 TiO2[35]等。无机分子纳滤膜不具备的优势，如：耐高温，不易被有机溶剂溶解，能够以及可以长时间使用等，但无机纳滤膜同时也存在一些不足，如：合消耗多，膜产品容易破碎等，这些不足使得无机纳滤膜的使用条件受到
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ051.893

【参考文献】