基于ZIF-8的聚酰胺反渗透复合膜的制备与性能研究

发布时间：2020-05-31 09:41

【摘要】：近些年,将纳米粒子纳入聚酰胺活性皮层(PA)中以产生薄膜纳米复合结构(TFN)膜,成为一种制备反渗透膜的先进技术。沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)是一种新型的多孔材料,其结构中有机配体的存在使其与有机膜基体有着良好的相容性。因此,本课题选用ZIF-8纳米粒子对聚酰胺反渗透复合膜进行掺杂改性,探究了ZIF-8纳米粒子及其粒径对反渗透膜表观形貌、结构与渗透、抗污染性能的综合影响。本文首先对合成的两种纳米材料进行定性定量的分析;对采用界面聚合(IP)方式制备的反渗透复合膜,分析了两种不同粒径ZIF-8纳米粒子在膜上的负载情况以及对膜表面微观特性上的影响。然后,考察添加量从0.1%到0.4%变化下两种不同纳米粒子掺杂改性膜在纯水、盐水、不同有机污染物为进水时的运行效果,结合表征分析,讨论ZIF-8的加入以及粒径的不同对膜的透水性能、脱盐性能、抗污染性能的影响。最后,以消毒副产物(DBPs)为目标污染物,考察了各种因素对其去除率的影响机制。并以实际水体为本底配水,考察了混凝+微滤+改性膜对于DBPs的去除效果。本实验合成的两种ZIF-8纳米粒子的粒径为50nm和500nm,属于微孔结构且能为水分子提供快速通道。ZIF-8纳米粒子的加入,导致膜表面粗糙度降低,交联程度降低,表面亲水性增加;且粒径较小(50nm)时,膜表面亲水性提高幅度更为显著,粒径较大(500nm)时,表面粗糙度下降幅度更为显著。随着ZIF-8添加量的增加,ZIF-8/TFN的水通量及盐截留率较聚酰胺反渗透膜(TFC)持续增加。在添加量为(0.4w/v%)时,水通量增加65%左右。盐截留率保持在98%以上。且粒径较小(50nm)时,水通量和盐截留率提高幅度更为显著。在对三种典型有机污染物的抗污染性能分析测试实验中,发现ZIF-8的引入对改性膜的抗污染性能有了明显的改善,且粒径较大(500nm)时,膜抗污染性能提高幅度更为显著。改性膜对于选用的五种消毒副产物(DBPs)的去除率均高于纯膜和商品膜;在一定范围内,随着DBPs的分子量和分子体积增大,温度降低以及p H升高,改性膜对DBPs的去除率升高。在以实际水体配水进行实验时,混凝+微滤+改性膜的组合工艺可以较好的增加对DBPs的去除,并且通过混凝可以改善反渗透过程中的膜污染。
【图文】：

技术路线图

反渗透复合膜,间苯二胺,溶液配制,化学反应式

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.2.2 聚酰胺反渗透复合膜的制备本实验制备的反渗透膜属于复合膜，复合法是目前最常使用的一种制备反渗透膜的方法，在多孔基膜上复合一层致密的超薄皮层。本实验使用聚砜超滤膜（PSF）为多孔支撑层，采用界面聚合的方式在微孔基膜上直接制备聚酰胺超薄脱盐层。制备聚酰胺（PA）选择层主要是基于界面聚合的反应原理，间苯二胺与均苯三甲酰氯之间的化学反应如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893;X52

【参考文献】