管式复合膜的分离性能及其在染料废水处理中的应用研究
发布时间：2021-09-12 10:07
复合纳滤膜作为一种高效节能环保的水处理技术,是解决水体污染及水资源紧缺的重要手段。管式膜相比其他种类的膜组件,具有机械强度高、流道宽、流速快等优点。本文以聚偏氟乙烯（PVDF）管式超滤膜为基膜,无水哌嗪（PIP）为水相单体,均苯三甲基酰氯（TMC）为有机相单体,采用界面聚合法制备了不同截留性能的PVDF/PA管式复合膜。对管式复合膜的分离性能进行了研究,考察了不同制备条件和不同测试条件对膜分离性能的影响,计算了不同性能复合膜的切割分子量及孔径分布,并研究了制得的不同性能复合膜对于不同无机盐和糖的截留情况,以及酸碱处理及氯处理对膜性能的影响。对膜样品进行扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）分析。结果显示,致密复合纳滤膜的水相和有机相的最佳配比范围为PIP 0.2wt.%～0.4wt.%,TMC 0.05 wt.%～0.1 wt.%;疏松复合膜的配比范围为PIP 0.05wt.%～0.08 wt.%,TMC 0.05 wt.%～0.7 wt.%;最佳吹风时间为10s;不同性能复合膜表面在p H为4～11的环境下呈负电性;动态接触角实验结果显示...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同分离级别膜的平均孔径提高水处理的效率和成本是克服水资源短缺的首要挑战
第一章绪论3理原料液体含有悬浮固体，高粘度和浓稠的工业废水。设备价格低廉，可以由大中型企业承担。有机聚合物管式微滤膜，超滤膜和纳滤膜在废水处理中具有较高的应用价值。但是，国内外市场上管式膜组件只有超滤膜和微滤膜，而管式纳滤膜尚未实现全面产业化。近年来，有机管式纳滤膜的研究越来越广泛，可以用于水处理以及液体分离和纯化过程，有着卓越的产业化前景。图1-2管式膜组件结构简图1.2纳滤膜1.2.1纳滤膜概述纳滤膜（NF）是介于超滤膜（UF）和反渗透膜（RO）之间的一种压力驱动膜，开发于美国70年代末，用于处理含有地下水的盐，随后应用于地表水的净化。自20世纪80年代后期以来，膜分离逐渐被认为是一种从饮用水中去除浊度、有机物和微生物的有效手段，并且符合严格的法律法规。这主要是由于，更高通量的复合膜被开发之后，实现了工艺生产率的提高。与反渗透膜相比，纳滤膜在分离无机盐和小有机分子方面的优越性能与反渗透膜类似[4]，又具有部分去除单价离子、过程渗透压低、操作压力低、省能等独特优点[5]。普遍认为，纳滤膜的孔径为0.5～2nm，切割分子量（MWCO）为200～1000Da，而且表面具有荷电性。超滤膜的孔径一般为1～10nm，截留分子量为1000～300000Da。荷电纳滤膜的高选择性是基于表面“荷电效应”和“筛分效应”[6]，而超滤膜的分离性能一般只是基于膜孔的筛分效应。相比之下，对于膜孔径和切割分子量介于致密纳滤膜与超滤膜之间，并且具有一定荷电性的膜，可以将其称之为“疏松纳滤膜”或“致密超滤膜”。纳滤膜的不同“疏松”程度对于分离不同尺寸和分子量的物质有着重要意义。1.2.2纳滤膜材料膜的部分性能由膜材料决定，不同的膜材料制备出纳滤膜的分离性能、抗污染性能的差异较大，所以膜材料的研究是膜研
第二章实验部分17式（2-4）中为纳滤膜的平均有效孔径（PEG截留率等于50%时的分子直径）；为几何标准偏差（PEG截留率为84.13%时的与PEG截留率为50%时的比值）。2.4.4膜表面和断面形貌分析采用SG4800场发射扫描电镜，对超滤基膜和复合膜表面和断面形貌进行表征。由于管式膜以无纺布作为支撑层，难以像平板膜一样在液氮里脆断[46]。所以，为了不破坏膜断面结构，用环氧树脂将膜样品包裹，待其固化后折断可获得断面样品。将膜表面样品制成5mm×5mm大小，用导电胶粘在样品台上。然后将膜样品放于高真空蒸发器中进行喷溅镀金处理，将镀金后的膜样品放于扫描电子显微镜样品室，抽真空，设置测试条件，加速电压15KV，对膜表面和断面形貌进行观察。2.4.5膜表面荷电性测试复合膜与溶液接触时，溶液中部分同离子因特性吸附作用进入到内亥姆霍兹平面（IHP），反离子吸附到膜表面，聚集成紧密的离子层，即外亥姆霍兹平面（OHP），其余的反离子呈扩散状态分布。根据Stern双电层模型可将双电层分为两部分，即Stern层和扩散层。如图2-4所示，Stern层和扩散层之间发生相对滑动的平面称为滑动面，滑动面对远离界面的流体中的某点的电位即为Zeta电位。Zeta电位可表征复合膜表面的荷电性能。图2-4复合膜表面电荷分布采用SurPASS固体表面Zeta电位测量仪分析复合膜表面的荷电性。室温下将膜晾干后，剪成2cm×4mm大小，用双面胶粘在Zeta电位测量仪样品池上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]哌嗪量对聚酰胺复合纳滤膜性能的影响[J]. 李俊俊,陈涛,刘逸,程新,谭惠芬,潘巧明. 膜科学与技术. 2018(06)
[2]1种复合纳滤膜的性能及其耐氯性研究[J]. 张家恒,刘逸,李俊俊,刘文超,高从堦,潘巧明. 水处理技术. 2018(12)
[3]离子效应对纳滤膜表面Zeta电位测定的影响[J]. 王旭亮,赵静红,李宗雨,李强,潘献辉,郝军. 化学分析计量. 2018(03)
[4]限域传质分离膜[J]. 金万勤,徐南平. 化工学报. 2018(01)
[5]聚酰胺纳滤膜制备过程中溶剂对膜性能的影响[J]. 代磊,张志广,安亚欣,张所波. 膜科学与技术. 2017(04)
[6]聚乙二醇的检测及其在切割分子量表征中的应用[J]. 陈佳萍,陆雯洁,徐伟燕,贾志舰,王灵辉. 膜科学与技术. 2017(03)
[7]低浓度范围内盐浓度对纳滤膜截留性能的影响[J]. 姜迪,徐异峰,陆国太,杨刚,邢卫红. 膜科学与技术. 2017(01)
[8]聚砜管式超滤膜的制备及其结构性能研究[J]. 刘恩华,魏飞,赵旭臣. 水处理技术. 2014(12)
[9]纳滤膜技术和微污染水处理[J]. 俞三传,高从堦,张慧. 水处理技术. 2005(09)
硕士论文
[1]PA/PVDF管式纳滤膜的制备及处理废乳化液性能的研究[D]. 丁晓惠.天津工业大学 2019
本文编号：3394034
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同分离级别膜的平均孔径提高水处理的效率和成本是克服水资源短缺的首要挑战
第一章绪论3理原料液体含有悬浮固体，高粘度和浓稠的工业废水。设备价格低廉，可以由大中型企业承担。有机聚合物管式微滤膜，超滤膜和纳滤膜在废水处理中具有较高的应用价值。但是，国内外市场上管式膜组件只有超滤膜和微滤膜，而管式纳滤膜尚未实现全面产业化。近年来，有机管式纳滤膜的研究越来越广泛，可以用于水处理以及液体分离和纯化过程，有着卓越的产业化前景。图1-2管式膜组件结构简图1.2纳滤膜1.2.1纳滤膜概述纳滤膜（NF）是介于超滤膜（UF）和反渗透膜（RO）之间的一种压力驱动膜，开发于美国70年代末，用于处理含有地下水的盐，随后应用于地表水的净化。自20世纪80年代后期以来，膜分离逐渐被认为是一种从饮用水中去除浊度、有机物和微生物的有效手段，并且符合严格的法律法规。这主要是由于，更高通量的复合膜被开发之后，实现了工艺生产率的提高。与反渗透膜相比，纳滤膜在分离无机盐和小有机分子方面的优越性能与反渗透膜类似[4]，又具有部分去除单价离子、过程渗透压低、操作压力低、省能等独特优点[5]。普遍认为，纳滤膜的孔径为0.5～2nm，切割分子量（MWCO）为200～1000Da，而且表面具有荷电性。超滤膜的孔径一般为1～10nm，截留分子量为1000～300000Da。荷电纳滤膜的高选择性是基于表面“荷电效应”和“筛分效应”[6]，而超滤膜的分离性能一般只是基于膜孔的筛分效应。相比之下，对于膜孔径和切割分子量介于致密纳滤膜与超滤膜之间，并且具有一定荷电性的膜，可以将其称之为“疏松纳滤膜”或“致密超滤膜”。纳滤膜的不同“疏松”程度对于分离不同尺寸和分子量的物质有着重要意义。1.2.2纳滤膜材料膜的部分性能由膜材料决定，不同的膜材料制备出纳滤膜的分离性能、抗污染性能的差异较大，所以膜材料的研究是膜研
第二章实验部分17式（2-4）中为纳滤膜的平均有效孔径（PEG截留率等于50%时的分子直径）；为几何标准偏差（PEG截留率为84.13%时的与PEG截留率为50%时的比值）。2.4.4膜表面和断面形貌分析采用SG4800场发射扫描电镜，对超滤基膜和复合膜表面和断面形貌进行表征。由于管式膜以无纺布作为支撑层，难以像平板膜一样在液氮里脆断[46]。所以，为了不破坏膜断面结构，用环氧树脂将膜样品包裹，待其固化后折断可获得断面样品。将膜表面样品制成5mm×5mm大小，用导电胶粘在样品台上。然后将膜样品放于高真空蒸发器中进行喷溅镀金处理，将镀金后的膜样品放于扫描电子显微镜样品室，抽真空，设置测试条件，加速电压15KV，对膜表面和断面形貌进行观察。2.4.5膜表面荷电性测试复合膜与溶液接触时，溶液中部分同离子因特性吸附作用进入到内亥姆霍兹平面（IHP），反离子吸附到膜表面，聚集成紧密的离子层，即外亥姆霍兹平面（OHP），其余的反离子呈扩散状态分布。根据Stern双电层模型可将双电层分为两部分，即Stern层和扩散层。如图2-4所示，Stern层和扩散层之间发生相对滑动的平面称为滑动面，滑动面对远离界面的流体中的某点的电位即为Zeta电位。Zeta电位可表征复合膜表面的荷电性能。图2-4复合膜表面电荷分布采用SurPASS固体表面Zeta电位测量仪分析复合膜表面的荷电性。室温下将膜晾干后，剪成2cm×4mm大小，用双面胶粘在Zeta电位测量仪样品池上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]哌嗪量对聚酰胺复合纳滤膜性能的影响[J]. 李俊俊,陈涛,刘逸,程新,谭惠芬,潘巧明. 膜科学与技术. 2018(06)
[2]1种复合纳滤膜的性能及其耐氯性研究[J]. 张家恒,刘逸,李俊俊,刘文超,高从堦,潘巧明. 水处理技术. 2018(12)
[3]离子效应对纳滤膜表面Zeta电位测定的影响[J]. 王旭亮,赵静红,李宗雨,李强,潘献辉,郝军. 化学分析计量. 2018(03)
[4]限域传质分离膜[J]. 金万勤,徐南平. 化工学报. 2018(01)
[5]聚酰胺纳滤膜制备过程中溶剂对膜性能的影响[J]. 代磊,张志广,安亚欣,张所波. 膜科学与技术. 2017(04)
[6]聚乙二醇的检测及其在切割分子量表征中的应用[J]. 陈佳萍,陆雯洁,徐伟燕,贾志舰,王灵辉. 膜科学与技术. 2017(03)
[7]低浓度范围内盐浓度对纳滤膜截留性能的影响[J]. 姜迪,徐异峰,陆国太,杨刚,邢卫红. 膜科学与技术. 2017(01)
[8]聚砜管式超滤膜的制备及其结构性能研究[J]. 刘恩华,魏飞,赵旭臣. 水处理技术. 2014(12)
[9]纳滤膜技术和微污染水处理[J]. 俞三传,高从堦,张慧. 水处理技术. 2005(09)
硕士论文
[1]PA/PVDF管式纳滤膜的制备及处理废乳化液性能的研究[D]. 丁晓惠.天津工业大学 2019
本文编号：3394034
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