磺化杂环共聚醚砜复合纳滤膜的制备与性能

发布时间：2017-10-12 14:15

  本文关键词：磺化杂环共聚醚砜复合纳滤膜的制备与性能

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【摘要】：杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)是一种热塑性功能材料,其机械强度、耐高温性及成膜性等综合性能优异。磺化杂萘联苯共聚醚砜(SPPBES)优化了材料的亲水性、改善了材料综合性能,因此SPPBES是复合纳滤膜功能层材料的良好选择。本文以SPPBES为功能层材料,PPBES超滤膜与聚醚砜(PES)超滤膜为支撑层,采用涂覆法分别制备了SPPBES/PPBES与SPPBES/PES复合纳滤膜。研究了聚合物磺化度、浓度与热处理条件等因素对复合纳滤膜分离性能和结构的影响。结果表明,聚合物浓度的增大、热处理时间的延长、热处理温度的升高均会致使复合纳滤膜对无机盐溶液脱除率增大,通量下降。当聚合物磺化度为0.9,浓度为3%,90℃下热处理30 mmin时,制备的复合纳滤膜综合性能较优。通过对SPPBES/PPBES、SPPBES/PES复合纳滤膜进行扫描电镜、静态接触角测试及红外全反射分析考察了复合纳滤膜的结构形态、亲水性及表面化学组成。并且采用游离氯浸泡法考察了复合纳滤膜的耐氧化稳定性。同时,研究了操作压力和操作温度对复合纳滤膜性能的影响。当操作压力从0.4 MPa逐渐增大到1.2 MPa, SPPBES/PPBES复合膜的脱盐率先略微增加,而后保持在85%左右,通量从26L/m2h增大到60L/m2h；而SPPBES/PES的脱盐率有所增加并稳定在79%左右,通量从18L/m2h增大到62L/m2h；对于SPPBES/PPBES复合纳滤膜,当操作温度从20℃升温至95℃,通量从46 L-m2h增大到130L/m2h,而脱盐率下降约3%；SPPBES/PES复合纳滤膜的通量从31L/m2h增大到90L/m2h,增大了近两倍,而脱盐率下降了2%左右。通过与商业纳滤膜对比发现,SPPBES/PPBES与SPPBES/PES复合纳滤膜具备优秀的耐氧化性及耐热稳定性,并且与商业纳滤膜分离性能相当。以LiCl、NaCl、KCl为无机盐添加剂、PPBES超滤膜为支撑层、磺化度为0.9的SPPBES为功能层材料,分别制备SPPBES-LiCl、SPPBES-NaCl与SPPBES-KCl三种复合纳滤膜。考察了三种复合纳滤膜对四种无机盐的分离性能,脱除顺序为：Na2SO4 NaCl≥MgSO4MgCl2,且SPPBES-LiCl复合纳滤膜脱盐率最高,SPPBES-KCl复合纳滤膜通量最大。通过对SPPBES-LiCl、SPPBES-NaCl及SPPBES-KC1三种复合纳滤膜进行扫描电镜、接触角测试及红外全反射分析研究了无机盐添加剂对复合纳滤膜的结构形态、亲水性的影响,结果表明三种复合纳滤膜具有相似的结构及亲水性。考察无机盐添加剂对其耐高温性能的影响时发现三种复合纳滤膜均表现出良好的耐热稳定性。同时,研究了无机盐添加剂对复合纳滤膜耐化学稳定性及耐氧化性的影响,结果表明三种复合纳滤膜均表现出优异的耐化学稳定性及耐氧化性,其中SPPBES-LiCl复合纳滤膜性能变化最小。
【关键词】：磺化杂萘联苯共聚醚砜 复合膜 纳滤膜 热稳定性 耐氧化性
【学位授予单位】：大连理工大学
【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
• 前言10-11
• 1 文献综述11-30
• 1.1 膜分离技术概论11-15
• 1.1.1 膜的定义及分类11
• 1.1.2 膜分离过程11-12
• 1.1.3 膜分离技术发展12-14
• 1.1.4 分离膜组件14-15
• 1.2 纳滤膜15-28
• 1.2.1 纳滤膜分离机理15-18
• 1.2.2 纳滤膜材料18-22
• 1.2.3 高分子纳滤膜制备方法22-25
• 1.2.4 纳滤膜的应用25-28
• 1.3 论文选题的目的、意义及主要内容28-30
• 1.3.1 论文选题的目的、意义28
• 1.3.2 主要研究内容28-30
• 2 磺化杂环共聚醚砜复合纳滤膜的制备及性能测试30-53
• 2.1 实验部分30-35
• 2.1.1 实验原料及试剂30
• 2.1.2 实验仪器及设备30
• 2.1.3 SPPBES的制备30-31
• 2.1.4 NaOH标准溶液的配置31
• 2.1.5 离子交换容量(IEC)与磺化度(SD)的测定31-32
• 2.1.6 吸水率、溶胀率的测定32-33
• 2.1.7 复合纳滤膜的制备33
• 2.1.8 复合纳滤膜性能测试33-34
• 2.1.9 复合纳滤膜的结构与形貌表征34-35
• 2.2 结果与讨论35-51
• 2.2.1 磺化反应35-36
• 2.2.2 SPPBES均质膜的吸水率、溶胀率36
• 2.2.3 SPPBES均质膜动态接触角36-37
• 2.2.4 聚合物磺化度对复合纳滤膜性能的影响37-41
• 2.2.5 聚合物浓度对复合纳滤膜性能的影响41-42
• 2.2.6 热处理条件对复合纳滤膜性能的影响42-44
• 2.2.7 操作压力对复合纳滤膜性能的影响44-45
• 2.2.8 操作温度对复合纳滤膜性能的影响45-48
• 2.2.9 复合纳滤膜的耐氧化稳定性48
• 2.2.10 FTIR-ATR光谱分析48-49
• 2.2.11 接触角分析49-51
• 2.2.12 复合纳滤膜与商业膜分离性能比较51
• 2.3 本章小结51-53
• 3 无机添加剂对复合纳滤膜性能的影响53-62
• 3.1 实验部分53
• 3.1.1 实验设备及试剂53
• 3.1.2 SPPBES-PPBES复合纳滤膜的制备及测试53
• 3.2 结果与讨论53-61
• 3.2.1 复合纳滤膜的分离性能53-54
• 3.2.2 复合纳滤膜的热稳定性54-56
• 3.2.3 复合纳滤膜耐酸碱稳定性56-57
• 3.2.4 复合膜耐氧化稳定性57-58
• 3.2.5 复合膜结构表征58-61
• 3.3 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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本文编号：1019152