聚电解质静电沉积改性反渗透复合膜的制备及其性能研究

发布时间：2020-04-14 23:41

【摘要】：提高反渗透(RO)膜的分离透过性能和抗污染性能一直是反渗透膜研究的重要方向。本文以商品化芳香聚酰胺反渗透复合膜为基膜,利用氯化处理和静电沉积法对其进行表面改性,制备出了性能优异的反渗透复合膜。首先利用次氯酸钠溶液对商品膜表面进行氯化改性,接着对氯化膜进行碱洗处理,最后通过静电吸引力将壳聚糖聚阳离子电解质沉积在碱洗膜的表面。系统地探究了氯化过程的pH值、氯化时间、次氯酸钠浓度、壳聚糖浓度和沉积时间对改性膜的水通量和截留率的影响,并对RO原膜及改性膜进行了一系列的表征,包括场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)以及固体表面Zeta电位测试仪,观察并分析膜表面的形貌结构、粗糙度、亲水性、化学结构、元素组成以及荷电性质等。分别选取海藻酸钠(SA)、溶菌酶和十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)三种污染物,考察了改性膜的抗污染性能。此外,还考察了壳聚糖沉积改性膜的稳定性。研究结果显示,当氯化过程的pH=9、氯化时间为30 min、次氯酸钠浓度为1000 mg·L~(-1)时,达到最优氯化条件,氯化膜的水通量为60.75 L·m~(-2)·h~(-1),截留率为99.45%,相比RO原膜,其水通量提高了约19.89%,截留率略有提高。碱洗后膜的水通量增加,达到67.69 L·m~(-2)·h~(-1);截留率略微降低,为99.31%,但仍高于RO原膜。当壳聚糖的浓度为0.1 wt%、沉积时间为30 min时,达到最优沉积条件,沉积改性膜的水通量为66.52 L·m~(-2)·h~(-1),截留率达到99.69%,相比RO原膜,其水通量提高了约31.28%,截留率也有一定程度的提高。此外,壳聚糖沉积改性膜的接触角降低至30.75°,亲水性有了较大的提高。从污染实验和稳定性测试可知,壳聚糖沉积改性膜具有良好的抗污染性能和稳定性。
【图文】：

示意图,压力,示意图,反渗透

过几十年的发展，到 21 世纪，芳香反渗透复合膜已经成为商品化反渗透的主流产品。国内于 1965 年开始研究反渗透技术，通过相关领域专家的不懈努力，渗透技术在较短的时间里取得了较为显著的成果，在膜材料的选择、膜和件的制备、膜的应用等方面有较大的提高，但仍与国外有较大的差距，因渗透技术的研究还有很长的路要走。1.2 反渗透的原理反渗透是一种以压力差作为驱动力的膜分离过程，需要提供额外的压力渗透压差，，由于半透膜具有一定的选择透过性，水分子可以自由透过膜，里的离子和小分子被截留，从而实现盐溶液的分离[17]。该分离过程主要机理模型，分别为溶解—扩散机理模型、优先吸附—毛细孔流机理模型和理模型[23]。

膜性能,测试装置,进料槽,分离性能

天津大学硕士学位论文3 RO 膜的分离性能测试RO 膜的性能测试装置如图 2-1 所示。该装置可用于 RO 膜的分离性能测污染性能测试以及稳定性测试。对 RO 膜进行分离性能的测试是采用错流的方式。膜池中放入大小适当，RO 膜的有效接触面积是 31.17cm2。原料液从进料槽通过高压泵流入到，从膜池出来的透过液的质量由电脑和电子分析天平实时测定，且透过液率由电导率仪测定，而浓水则流回到进料槽，继续作为原料液进行测试，程构成一个循环。进料液的跨膜压差和流量大小是由阀门进行调节的。装行过程中，高压泵会产生大量的热量，使得原料液的温度升高，而温度的影响膜的分离性能，因此，进料槽需要连接一个恒温系统，确保原料液的持在（298±1）K。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893

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