纳米材料杂化反渗透膜的制备及性能研究

发布时间：2017-04-06 10:07

  本文关键词：纳米材料杂化反渗透膜的制备及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球范围的水资源问题日趋严重,反渗透已成为水处理行业最经济的技术之一。但反渗透技术的不足之处在于反渗透复合膜易氧化、易污染、选择性较低、能耗高、通量有限等,从而导致反渗透过程运行成本高。因此,开发抗污染、耐氧化、选择性强、通量大、能耗低的反渗透复合膜非常必要。而传统的聚酰胺反渗透材料已经无法满足社会发展的需求,这就迫使人们去寻找性能更加优异的反渗透材料。从现有研究来看,通过改进反应工艺、合成新的聚合单体、改进膜的分子结构等方式都未有大的突破。而有机/无机纳米杂化膜的出现,同时具有有机材料和无机材料的优点,在保证脱盐率的情况下,可提高通量,是一种非常有发展潜力的反渗透材料。本论文以有机/无机纳米杂化膜分离材料为研究方向,通过选取纳米沸石、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅这三种无机纳米粒子材料作为杂化材料,进行不同手段的表面修饰,并通过表征手段分析改性效果。将纳米二氧化硅颗粒分散到支撑层铸膜液中,以聚砜为制膜液,采用二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺两种不同的溶剂,制备含不同纳米颗粒的杂化支撑层,之后通过界面聚合再在该支撑层上复合一层致密超薄的聚酰胺脱盐层。实验结果表明,纳米二氧化硅的含量为4%,采用二甲基甲酰胺作为支撑层溶剂所制得的纳米杂化膜通量比二甲基乙酰胺作为溶剂所制得的纳米杂化膜通量大。以异构烷烃溶剂IsoparG为溶剂,将三种经过表面修饰的无机纳米粒经过超声震动分散到油相中,对聚酰胺反渗透复合膜进行掺杂改性,制备出不同纳米材料杂化的聚酰胺脱盐层。对比不同纳米杂化后反渗透膜的性能差异,并通过SEM等表征手段,分析不同纳米杂化膜在微观上的差异,并获得杂化改性对膜结构的影响。通过实验考察了纳米材料的浓度,超声时间,温度对杂化膜性能的影响。实验结果表明：杂化后的反渗透复合膜的膜通量得到了明显的提高,脱盐率也有少量提高。纳米材料在油相超声时间95min,烘箱温度100℃时,三种纳米杂化聚酰胺反渗透复合膜均能获得最佳性能,脱盐率在99.5%以上,同时膜通量保持在450 L/m2h以上。对三种纳米杂化反渗透膜进行耐污染性和耐氯性评价。通过膜片浸泡一定浓度的蛋白质溶液,以及不同浓度的次氯酸钠溶液,对比膜片处理前后的渗透通量和脱盐率的变化。实验结果表明,经过纳米材料杂化的聚酰胺反渗透复合膜的耐污染性和耐氯性能有明显提高,耐受时间更长,膜性能也更稳定。
【关键词】：纳米杂化 反渗透膜 纳米二氧化硅 纳米二氧化钛 纳米沸石 耐氯
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 反渗透技术的发展概况13-14
• 1.3 反渗透膜研究进展14-23
• 1.3.1 支撑层15-16
• 1.3.2 界面聚合反应及功能单体16-19
• 1.3.3 反渗透复合的表面改性19-23
• 1.4 有机/无机纳米杂化复合膜研究进展23-28
• 1.4.1 有机/无机复合杂化膜的制备方法23
• 1.4.2 有机/无机纳米杂化复合膜的分类23-28
• 1.5 本课题的提出及研究意义28-30
• 第二章 纳米材料的表面修饰30-37
• 2.1 前言30
• 2.2 实验材料30-31
• 2.2.1 实验所需试剂和材料30-31
• 2.2.2 实验仪器和设备31
• 2.3 纳米材料的表面修饰方法31-32
• 2.3.1 纳米沸石的表面修饰31-32
• 2.3.2 纳米二氧化钛的表面修饰32
• 2.3.3 纳米二氧化硅的表面修饰32
• 2.4 纳米粒子在对象介质中分散性能的表征32-33
• 2.5 结果与讨论33-35
• 2.6 小结35-37
• 第三章 支撑层添加不同纳米材料的复合膜制备与性能37-46
• 3.1 前言37
• 3.2 实验材料37-38
• 3.2.1 实验所需试剂和材料37-38
• 3.2.2 实验仪器和设备38
• 3.3 实验方法38-40
• 3.3.1 支撑层添加纳米二氧化硅的复合膜的制备38-39
• 3.3.2 反渗透膜分离性能评价方法39-40
• 3.4 结果与讨论40-46
• 3.4.1 纳米二氧化硅的添加对聚砜铸膜液粘度的影响40-41
• 3.4.2 纳米二氧化硅分散在底膜中对膜纯水通量的影响41-43
• 3.4.3 不同纳米二氧化硅添加量的底膜对所制备的复合膜形貌的影响43-44
• 3.4.4 不同纳米二氧化硅添加量的底膜对所制备的复合膜性能的影响44-46
• 第四章 纳米材料及其油相添加膜的制备与性能46-54
• 4.1 前言46
• 4.2 实验材料46-47
• 4.2.1 实验所需试剂和材料46-47
• 4.2.2 实验仪器和设备47
• 4.3 实验方法47-49
• 4.3.1 纳米材料及其油相添加时,复合膜的制备47-48
• 4.3.2 纳米材料及其油相添加时,复合膜的表征48-49
• 4.3.3 反渗透膜分离性能的测试49
• 4.4 结果与讨论49-54
• 4.4.1 不同纳米材料对膜性能的影响49
• 4.4.2 纳米材料浓度在油相中对膜性能的影响49-51
• 4.4.3 纳米材料超声时间在油相中对膜性能的影响51-52
• 4.4.4 烘箱温度对纳米杂化膜的性能影响52-54
• 第五章 纳米杂化复合膜的应用54-59
• 5.1 前言54
• 5.2 实验部分54-56
• 5.2.1 实验所需试剂和材料54-55
• 5.2.2 实验仪器和设备55
• 5.2.3 有机/无机纳米杂化复合膜抗污染性能评价55
• 5.2.4 无机纳米杂化复合膜耐氯性性能评价55-56
• 5.3 结果与讨论56-58
• 5.3.1 膜片的耐污染性56-57
• 5.3.2 膜片的耐氯性能57-58
• 5.4 小结58-59
• 第六章 结论59-60
• 参考文献60-67
• 致谢67-68
• 个人简历68-69
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果69

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