新型聚酰亚胺基耐溶剂纳滤膜的构筑及其分离性能研究
发布时间：2021-03-29 01:55
作为一种新兴的膜分离技术,耐溶剂纳滤能分离和纯化有机溶剂中的小分子溶质,在化工分离领域有广阔的应用前景。相比传统的精馏、萃取和重结晶等分离技术,耐溶剂纳滤具有能耗低、排放少、自动化程度高及室温下即可进行等优点。聚酰亚胺（PI）由于其优异的机械性、耐溶剂性能和易交联性成为研究最广泛的耐溶剂纳滤膜材料。已报道的PI基耐溶剂纳滤膜制备方法均存在一些不足:对于整体非对称（ISA）膜的制备,往往只关注交联剂的交联效率,忽视膜与溶剂间的亲和性;对于薄层复合（TFC）膜的制备,传统的界面聚合和直接涂覆法面临操作繁琐或皮层太厚等问题;而对纳米薄层复合（TFN）膜的制备,纳米粒子的分散性及其与有机基质间的界面间隙等问题亟待解决。本论文采用了多种改性策略制备不同类型的PI基耐溶剂纳滤膜,系统地考察了不同改性策略下复合膜的物理化学性质、分离性能、耐溶剂性能及改性机理。通过在PI铸膜液中添加适量的亲水性单胺三羟甲基胺基甲烷（Tris）,利用胺基和亚胺基团的开环反应将Tris分子接枝到PI分子主链上,通过传统的浸没相转化和己二胺交联,得到亲水改性的交联PI基ISA耐溶剂纳滤膜。通过表面全反射红外光谱和元素分析确...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
液体分离膜概述：（a）膜分离过程，（b）压力驱动的液体分离膜过滤图谱
如图1-2 所示。ISA 膜由上表面致密的皮层和底部多空的压层结构组成，并且皮层和压层均由相同的材料组成。ISA 膜皮层的厚度和孔径对分离过程起决定作用，决定膜的渗透性和选择性；压层的大孔结构能保证溶剂的快速渗透通过，同时提供膜的整体机械性能，这类膜一般通过浸没沉淀相转化法一步制备[63]。TFC 膜由超薄致密的皮层和超滤基膜组成，皮层和基膜由不同的材料组成。超滤基膜由浸没沉淀相转化法制备，皮层则后续通过其它方法构筑，通过单独优化基膜和皮层的化学结构和性能使复合膜达到最优的分离效果。目前已报道的制备 TFC 膜的方法主要包括界面聚合和直接涂覆两种方法。在界面聚合和
1-4 浸没相转化法得到膜的结构：（a）瞬时相转化过程得到的膜形貌，（b）延迟相化过程得到的膜形貌[85]Fig. 1-4 Structures of membranes from immersion phase inversion (a) structure of membrafrom instantaneous liquid–liquid demixing, (b) structure of membrane from delayedliquid–liquid demixing[85]2007 年，Livingston 课题组报道了二胺交联改性聚酰亚胺耐溶剂纳滤膜法[88]。将浸没-析出相转化方法制得的非交联膜浸泡于己二胺的异丙醇溶一段时间，二胺分子中的胺基与聚酰亚胺链段上的亚胺基团反应生成酰胺，得到交联的聚酰亚胺耐溶剂纳滤膜。其中异丙醇起到溶胀聚合物链段的，利于二胺分子扩散到聚合物链段间，使交联反应充分进行，其反应机理 1-3 所示。交联后的膜在包括 N,N-二甲基甲酰胺和 N-甲基吡咯酮等极性子性溶剂中均能表现出稳定的分离性能[89-92]。对 PI 基 ISA 耐溶剂纳滤膜的一个重要研究方向是交联剂的选择和优化联剂的类型和结构对交联反应有很大的影响[93]。研究发现，支链脂肪族相比其它结构的二胺更有利于交联反应的进行[94-96]。通过调整交联策略含有交联剂的水溶液作为浸没沉淀相转化法制备 PI 基 ISA 膜的凝固浴，聚酰亚胺在水中析出时同时进行交联反应，即可以减少醇类等交联溶剂的
【参考文献】：
期刊论文
[1]膜分离技术的研究与应用[J]. 张建军. 广州化工. 2015(07)
[2]纳滤膜材料研究进展[J]. 李祥,张忠国,任晓晶,李继定. 化工进展. 2014(05)
[3]HYDROPHILIC NANOFILTRATION MEMBRANES WITH SELF-POLYMERIZED AND STRONGLY-ADHERED POLYDOPAMINE AS SEPARATING LAYER[J]. 朱利平. Chinese Journal of Polymer Science. 2012(02)
[4]耐溶剂高分子纳滤膜研究进展[J]. 韩润林,王浩东. 塑料科技. 2012(01)
[5]耐溶剂高分子纳滤膜研究进展[J]. 吴法东,周勇,高从堦. 水处理技术. 2010(12)
[6]我国液体分离膜技术现状及展望[J]. 王晓琳,杨健,徐南平,高从堦. 南京工业大学学报(自然科学版). 2005(05)
[7]耐溶剂聚酰亚胺纳滤膜的制备与分离性能[J]. 李韡,王霖,张金利,丁涛. 化学工业与工程. 2005(03)
本文编号：3106671
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
液体分离膜概述：（a）膜分离过程，（b）压力驱动的液体分离膜过滤图谱
如图1-2 所示。ISA 膜由上表面致密的皮层和底部多空的压层结构组成，并且皮层和压层均由相同的材料组成。ISA 膜皮层的厚度和孔径对分离过程起决定作用，决定膜的渗透性和选择性；压层的大孔结构能保证溶剂的快速渗透通过，同时提供膜的整体机械性能，这类膜一般通过浸没沉淀相转化法一步制备[63]。TFC 膜由超薄致密的皮层和超滤基膜组成，皮层和基膜由不同的材料组成。超滤基膜由浸没沉淀相转化法制备，皮层则后续通过其它方法构筑，通过单独优化基膜和皮层的化学结构和性能使复合膜达到最优的分离效果。目前已报道的制备 TFC 膜的方法主要包括界面聚合和直接涂覆两种方法。在界面聚合和
1-4 浸没相转化法得到膜的结构：（a）瞬时相转化过程得到的膜形貌，（b）延迟相化过程得到的膜形貌[85]Fig. 1-4 Structures of membranes from immersion phase inversion (a) structure of membrafrom instantaneous liquid–liquid demixing, (b) structure of membrane from delayedliquid–liquid demixing[85]2007 年，Livingston 课题组报道了二胺交联改性聚酰亚胺耐溶剂纳滤膜法[88]。将浸没-析出相转化方法制得的非交联膜浸泡于己二胺的异丙醇溶一段时间，二胺分子中的胺基与聚酰亚胺链段上的亚胺基团反应生成酰胺，得到交联的聚酰亚胺耐溶剂纳滤膜。其中异丙醇起到溶胀聚合物链段的，利于二胺分子扩散到聚合物链段间，使交联反应充分进行，其反应机理 1-3 所示。交联后的膜在包括 N,N-二甲基甲酰胺和 N-甲基吡咯酮等极性子性溶剂中均能表现出稳定的分离性能[89-92]。对 PI 基 ISA 耐溶剂纳滤膜的一个重要研究方向是交联剂的选择和优化联剂的类型和结构对交联反应有很大的影响[93]。研究发现，支链脂肪族相比其它结构的二胺更有利于交联反应的进行[94-96]。通过调整交联策略含有交联剂的水溶液作为浸没沉淀相转化法制备 PI 基 ISA 膜的凝固浴，聚酰亚胺在水中析出时同时进行交联反应，即可以减少醇类等交联溶剂的
【参考文献】：
期刊论文
[1]膜分离技术的研究与应用[J]. 张建军. 广州化工. 2015(07)
[2]纳滤膜材料研究进展[J]. 李祥,张忠国,任晓晶,李继定. 化工进展. 2014(05)
[3]HYDROPHILIC NANOFILTRATION MEMBRANES WITH SELF-POLYMERIZED AND STRONGLY-ADHERED POLYDOPAMINE AS SEPARATING LAYER[J]. 朱利平. Chinese Journal of Polymer Science. 2012(02)
[4]耐溶剂高分子纳滤膜研究进展[J]. 韩润林,王浩东. 塑料科技. 2012(01)
[5]耐溶剂高分子纳滤膜研究进展[J]. 吴法东,周勇,高从堦. 水处理技术. 2010(12)
[6]我国液体分离膜技术现状及展望[J]. 王晓琳,杨健,徐南平,高从堦. 南京工业大学学报(自然科学版). 2005(05)
[7]耐溶剂聚酰亚胺纳滤膜的制备与分离性能[J]. 李韡,王霖,张金利,丁涛. 化学工业与工程. 2005(03)
本文编号：3106671
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