聚酰亚胺多孔膜的制备、扩散渗析应用以及扩散渗析过程水渗透现象抑制

发布时间：2020-09-08 10:41

　　化纤厂、电镀厂、煤加工厂及金属酸洗等行业中都会排出大量酸性废水,而在印染工业、制革工业和石油生产等过程中会产生大量碱性废水。这些废水中含有酸或碱以及一些金属离子,如果直接排放不仅浪费可循环资源,还对环境造成威胁。因此,酸性和碱性废水必须要经过预处理,包括对有用资源回收利用。扩散渗析(DD)作为膜分离的一个典型方法,具有低能耗和环境友好特点。目前用于制备扩散渗析膜的高分子材料主要有聚砜、聚苯醚、聚苯乙烯-二乙烯苯等,大部分都是致密结构,不利于离子的传输。因此,本文将制备一系列不同孔径的多孔聚酰亚胺阴离子交换膜(简称阴膜)来替代传统的致密膜,用于扩散渗析回收酸,但扩散渗析过程中,水从低浓度到高浓度溶液的自发渗透带来的水渗透量也会增加。因此,本文的另一重点是在不同的操作温度下,对多孔膜的水渗透量进行研究。并由此分析讨论,自主研发一种微压新型扩散渗析装置,即在料液侧施加一定的微压来抑制水渗透量。第一部分是通过相转化法制备出一系列具有多孔结构的聚酰亚胺阴膜,并对这些膜性能进行表征,包括热重、机械强度和化学稳定性等。改变相转化过程中凝胶浴类型(异丙醇或水),制得的膜具有不同的微观结构。将该系列阴膜用于扩散渗析回收硫酸,改变操作温度为15-45℃。结果表明多孔聚酰亚胺阴膜对酸体系具有较高的渗透性和选择性,可有效实现酸盐混合物的分离,比传统致密膜具有更高的分离效率。其中,在25℃下,硫酸的渗析系数为0.00584-0.00781/h,高于商业S203膜和DF-120膜,且分离因子(S)在25℃可高达51.3。最后将优选出的膜用于探究纯醋酸(HAc)的渗透性,结果表明该膜对HAc的渗析系数为0.00239-0.0133 m/h(15-45℃)。另外,对不同温度下多孔聚酰亚胺阴膜的水渗透量做了研究,结果表明水渗透量受膜的结构和实验操作温度影响,且水渗透量主要是取决于膜两侧金属盐浓度的不同,当温度为15-45℃时,多孔阴膜的水渗透量范围在15-47.5 mL。因此,第二部分针对扩散渗析过程中出现的水渗透现象进行了系统性研究,通过在传统静态扩散渗析的渗析侧通入氮气的方式施加一定微压,以有效抑制水的渗透量,同时可以提高操作通量,进而增加过程的处理量。选用多孔聚酰亚胺阴膜以及商业阴膜、阳膜,除了对酸和盐的混合体系进行尝试外,也对碱和盐的混合体系进行了研究,通过系列实验探究并验证了这种“浓差-压力”双驱动下扩散渗析过程的可行性。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.893
【部分图文】：

过程图,聚酰亚胺,过程,季铵化

逑２．１．２聚酰亚胺阴膜制备逡逑聚酰亚胺阴膜制备方法参照本课题组先前的工作［９７】，如图２．１所示，制备过逡逑程主要包括三个部分：相转化、胺化和季铵化过程。逡逑（１）

聚酰亚胺,断裂伸长率,拉伸强度,致密膜

（Ｍｅｍ－Ｉ－５６、Ｍｅｍ－Ｉ－４６、Ｍ．ｅｍ－Ｗ－５６、Ｍｅｍ－Ｗ－４６）在不同温度下分离效果，优选逡逑出综合性能优异的膜用于后续实验。此外，同时使用了自制的聚酰亚胺致密膜逡逑（Ｍｅｍ－Ｄ）作为对照。如图２．５所示，五种膜的ＵＨ值随着温度的升高明显增加。逡逑这是因为温度的升高加快了离子的传输速度，离子的扩散系数也得到了相应的提逡逑１９逡逑

渗析系数,因子,体系,水渗透

侧高浓度的金属盐，这一猜想也在后续的实验中得到证明。除此之外，膜内的亲逡逑水性季胺基团和膜本身的多孔结构也加快了水的渗透。逡逑水渗透体积（Ｖｍｏ）与温度的关系如图２．６所示。Ｍｅｍ－Ｄ具有较低的ＩＥＣ值逡逑和致密结构，相比于多孔膜来说，离子很难渗透。同样的，水的渗透也很难产生，逡逑所以Ｖｍｏ邋—直低于３ｍＬ。Ｍｅｍ－Ｉ－５６和Ｍｅｍ－Ｉ－４６的水渗透体积（ＶＨ２0）随温度变逡逑化的趋势相近且随着温度的增大而迅速增大。这可能与膜的结构有关：Ｍｅｍ－Ｉ－５６逡逑的ＩＥＣ值较高，而Ｍｅｍ－Ｉ－４６的膜孔较大，这两个因素都有利于水的渗透。同时，逡逑亲水性的聚合物主链高温下会在水中会膨胀，导致结构疏松，水的吸附作用也得逡逑到增强。因此随着离子渗透性的增强，更多的水分子渗透到渗析侧。逡逑与Ｍｅｍ－Ｉ－５６和Ｍｅｍ－Ｉ－４６不同，具有泪形孔的Ｍｅｍ－Ｗ－５６和Ｍｅｍ－Ｗ－４６表现逡逑出不同的变化趋势。Ｖｍｏ受温度影响很小，甚至在高温（４５°Ｃ）时会有所下降。逡逑这可能是因为

【参考文献】