基于树状支化分子的PVC复合纳滤膜研究

发布时间：2018-05-17 09:04

  本文选题：纳滤 + 聚氯乙烯　； 参考：《浙江大学》2017年博士论文

【摘要】：纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动膜分离过程,一般认为,纳滤膜的孔径在1nm左右,可对纳米尺度的组分进行有效分离。利用界面聚合法制备的复合纳滤膜虽然是目前市场的主流产品,但依然存在着制备成本偏高、膜的渗透通量和选择性能仍有待提高等制约纳滤技术发展和应用的现实问题。本论文以价格低廉的PVC中空纤维膜为支撑基膜,通过界面聚合法将具有分子内空穴的近球状端羟基树状支化分子引入到聚酰胺分离层中,成功制备了一系列具有高渗透选择性能的PVC复合纳滤膜。首先在通过湿法纺丝得到的不同PVC中空纤维膜内表面进行界面聚合反应制备了三种复合纳滤膜,性能测试结果表明基膜的物理化学性质,特别是孔径大小和孔隙率能够显著影响复合纳滤膜的渗透选择性能。选择UF-PVC10中空纤维膜作为后续纳滤膜制备的支撑基膜,以它为基膜制备的NF-PVC10复合纳滤膜在0.4 MPa下对MgSO4的截留为98.0%,渗透通量为28L/m2h。其次通过界面聚合法将第四代端羟基HPE引入到聚酰胺基质中,成功制备了一系列HPE/PIP复合纳滤膜。制备的HPE/PIP膜具有聚哌嗪酰胺类复合纳滤膜的表面形貌,膜表面荷负电,但表面的粗糙度差异很大。性能测试结果表明:当HPE在水相组成中的含量不超过30 wt%时,纳滤膜对MgSO4的截留和渗透通量同时提高;但随着HPE含量的持续增加,聚酰胺交联结构的改变造成膜渗透通量的增加、截留性能逐渐下降。由HPE/PIP共混比例为3:2制备的NF6纳滤膜在0.4MPa下对MgSO4的截留为98.1%,渗透通量高达45.6 L/m2 h,能够在混合盐溶液中保持极高的单价/二价离子选择性。再将三种端羟基HPE引入到相应的聚哌嗪聚酰胺基质中,研究HPE代数对制备的不同HPE/PIP复合纳滤膜结构和性能的影响。化学组成分析表明,HPE在分离层表面存在梯度分布,可以嵌入到整个分离层厚度内,不同代数的HPE在相应HPE/PIP分离层中的组成含量存在差异。结合性能测试结果提出了形成的HPE/PIP聚酰胺分离层的假设分子结构:分子结构不是刚性的HPE通过在三维空间内收缩自身体积能够有效嵌入到聚酰胺基质中的聚集孔、甚至是网状孔中;嵌入到聚集孔中的H40HPE通过扩大聚集孔的尺寸和增加聚酰胺基质的亲水性增加膜的渗透通量,同时其具有的近球状结构和分子内空穴还可以增加盐离子的穿过阻力,提高了截留性能。制备的H40/PIP纳滤膜在0.4 MPa下对Na2SO4的截留为99.1%,渗透通量高达62.2 L/m2 h,在对一系列染料/盐混合溶液的分离过程中表现出较好的渗透选择性能。最后通过界面聚合法将不同代数的端羟基PAMAM引入到相应的聚酰胺基质中,按照与HPE/PIP相同的共混比例制备了三种PAMAM-OH/PIP复合纳滤膜。由性能测试结果中表现出的共性可知:嵌入到聚酰胺基质中具有和H40 HPE相似的近球状结构和分子内空穴的G3-OH,同样能够有效提高复合纳滤膜的渗透选择性能,验证了前面提出的假设分子结构和相关机理解释的合理性及普适性。最后利用端氨基PAMAM作为PIP的共混反应单体,通过界面聚合法制备了一系列PAMAM-NH2/PIP复合纳滤膜。末端带有大量伯胺基团的G3-NH2可以和PIP单体一起参与聚酰胺分离层的形成,单体组成中的G3-NH2浓度对分离层的交联程度和表面荷电性具有显著影响。对比NF6纳滤膜,由相同共混比例制备的PAM-1.2膜的渗透通量很低,表明端基活性较高的树状支化分子无法在界面聚合过程中保持其独立的近球状结构,不能有效嵌入到聚酰胺基质中的聚集孔中,进而发挥提高膜渗透选择性能的作用,从侧面证明了端羟基树状支化分子在聚酰胺分离层中保持结构完整的必要性及对复合纳滤膜渗透选择性能提高方面的有效性。
[Abstract]:A series of composite nanofiltration membranes ( HPE / PIP ) were prepared by interfacial polymerization . Compared with the NF6 nanofiltration membrane , the permeation flux of the PAM - 1.2 membrane prepared by the same blending ratio is very low , so that the dendritic branched molecule with high end group activity cannot maintain its independent near spherical structure during the interfacial polymerization , can not be effectively embedded in the gathering hole in the polyamide matrix , and further plays the role of improving the selective performance of the membrane permeability , and proves the necessity of maintaining the structural integrity in the polyamide separation layer and the effectiveness of improving the permeability selection performance of the composite nanofiltration membrane .
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：1900777