层层组装疏松纳滤膜的制备及染料脱盐
发布时间：2021-11-03 15:32
印染废水的特点是成分复杂、盐度高、毒性大,但其中又富含宝贵的染料和盐。传统的印染废水处理方法仅能除去废水中的染料未能实现染料的回收利用。近年来膜分离技术在印染废水回收处理中表现出了良好的发展前景,然而传统纳滤膜对盐截留率过高,不仅难以实现染料脱盐,无机盐在膜表面累积还会造成膜污染。针对以上问题,本文通过层层自组装法制备了两种疏松纳滤膜实现染料和小分子盐的分离,具体研究内容如下:（1）采用阴离子型聚电解质聚丙烯酸（PAA）和阳离子型聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）通过层层自组装法制备了聚电解质多层膜（PEM）。然后利用WS2和PAA之间的配位作用,在PEM中引入WS2,通过XPS、SEM等方法对复合膜表面的化学组成及形貌进行了分析,并研究了染料浓度、离子强度等条件对该纳滤膜分离性能的影响。由于亲水性和电负性的增强,在优化条件下制得的WS2杂化纳滤膜与未添加WS2的膜相比具有增强的渗透性和选择性,在0.7 MPa具有5.88 L·m-2·h-1·ba...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚电解质层层自组装过程示意图[40]
悴阕樽俺赡ぁ５?怯捎?GO片层边缘有大量的含氧官能团，其在水溶液中的水合作用易克服片层间较弱的氢键作用和π-π作用力，致使GO纳米片溶胀，导致分离性能下降[52]。MiBaoxia[53]采用TMC作为交联剂，通过层层自组装法制备的交联GO纳滤膜克服了上述缺点，化学交联在增加GO膜在水中稳定性的同时增加了GO片层间孔道尺寸，成膜对罗丹明染料截留率93%-95%，NaCl截留率6%-19%，通量是商业纳滤膜的4-10倍。该孔道尺寸还可借由引入小分子、聚合物或纳米颗粒进行调控，该特性可拓宽二维材料应用到更多膜分离纯化领域[54]。图1-2氧化石墨烯层间距调控方法[54]。随着石墨烯研究的不断深入，类石墨烯结构的过渡金属二硫化物WS2在膜材料中的潜在应用前景也备受关注。单层WS2二维层状材料包含3个原子层，中间层为W原子，上下两层均为S原子，W原子与S原子以共价键结合形成二维六方晶格结构（图1-3）。与GO层间及边缘仅有20%左右的含氧功能基团相比，硫属化合物W原子层和S原子层组成类“三明治”结构，硫原子完全暴露在片层两侧，易通过氢键缔结更多的水分子，相较GO具有更强的亲水[55-57]，并且
第一章前言11WS2表面没有多余的官能团，赋予了其比GO更“光滑”的表面，水分子透过的阻力更小，在水溶液中的稳定性也更好。图1-3WS2结构示意图（a）侧视图；（b）俯视图。彭新生[58]课题组采用真空抽滤法制备了500nm厚的WS2层状膜，表现出450L·m-2·h-1·bar-1的高水通量，是传统GO膜的5倍左右，对伊丈思蓝染料截留率保持90%以上。该课题组进一步以带正电的氢氧化铜纳米线为模版，与带负电的WS2以层层自组装法制膜，而后经过纳米线脱模构造出WS2片层间新孔道，成膜水通高达930L·m-2·h-1·bar-1，同时膜的分离性能未明显降低、稳定性良好。PengCheng等人[59]制备了WS2/GO混合层状膜，GO的插入降低了WS2纳米片堆叠产生的缺陷，改善了WS2膜的分离性能。15wt%GO掺杂的WS2/GO膜对染料和水合半径大于4.9的离子表现出高排斥（>90%）。通过水合杂化的GO15WS2膜的水通量为159.6L·m-2·h-1·bar-1，对小分子染料亚甲基蓝的截留高达96.3%。单层WS2在膜分离领域中虽有良好的潜在应用价值，但由于其合成条件较为苛刻，机械剥离产率较低、成本较高，目前尚不具备大规模制备的条件。近年来，层状双金属氧化物（LDH）以其优异的物理支撑性、化学稳定性和独特的二维结构、合成方法简单等优点在膜分离领域同样受到了广泛关注。LDH的化学通式为[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，式中M2+、M3+分别是二价、三价金属阳离子；An-为层间阴离子，x表示M3+在整个LDH中所占金属离子物质的量的百分比，n表示了每个阴离子基团所带的电荷量，m表示层间水分子的数目[60]。LDH具有良好的亲水性和荷电性，使其适用于水处理膜的制备和改性。其合成方法主要有水热法和共沉淀法，其
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗菌聚酰胺复合纳滤膜的制备及表征[J]. 张宇峰,李文俏,潘赢,张雯,孟建强. 天津工业大学学报. 2019(01)
[2]纤维素/壳聚糖共混纳滤膜的制备及其染料脱盐性能研究[J]. 陈慧娟,纪晓声,陈霄翔,张林. 膜科学与技术. 2018(04)
[3]微絮凝/超滤组合工艺处理实际印染废水[J]. 陈启斌,陈征贤,庄荣传,季常青,郭金溢. 环境污染与防治. 2018(04)
[4]SPEEK含量对PMIA-SPEEK共混纳滤膜结构及性能的影响[J]. 曾浩浩,赵虹,赵长伟,王涛,曾楚怡. 水处理技术. 2015(08)
[5]水污染防治行动计划[J]. 中国环保产业. 2015(05)
[6]PDA/PIP二胺混合聚酰胺复合纳滤膜制备及性能表征[J]. 王磊,刘婷婷,米娜,高哲,苗瑞,呼佳瑞,吕永涛. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]一种新型共混复合纳滤膜的制备及性能研究[J]. 高复生,高从堦,高学理,王志宁,王剑,都娟成. 高校化学工程学报. 2014(03)
[8]MF-RO深度处理印染废水的效果和回用[J]. 邹勇斌,颜幼平,陈师楚,陈志星,陈鹏. 印染. 2013(02)
[9]层层自组装PDADMAC/PSS纳滤膜的制备[J]. 王宗文,苏保卫,高学理,韩姗姗,高从堦. 膜科学与技术. 2012(01)
[10]界面聚合法制备海藻酸钠/聚砜复合纳滤膜[J]. 高学理,王伟伟,陈晓琳,徐佳,马准,苏燕,高从堦. 膜科学与技术. 2011(04)
硕士论文
[1]水滑石类光催化剂的制备及其印染废水处理性能研究[D]. 韩媛媛.青岛科技大学 2019
[2]三维多孔碳海绵和氮化碳超滤膜制备及处理印染废水研究[D]. 王峰.河北工程大学 2019
[3]MgAl-LDH基材料的制备及表征[D]. 杨凯.齐鲁工业大学 2018
[4]层层自组装季铵化壳聚糖荷电纳滤膜的制备及其性能研究[D]. 殷艳娜.南京理工大学 2016
[5]层层自组装方法构建双网络增强自支撑多层膜的研究[D]. 付轲.浙江大学 2011
本文编号：3473933
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚电解质层层自组装过程示意图[40]
悴阕樽俺赡ぁ５?怯捎?GO片层边缘有大量的含氧官能团，其在水溶液中的水合作用易克服片层间较弱的氢键作用和π-π作用力，致使GO纳米片溶胀，导致分离性能下降[52]。MiBaoxia[53]采用TMC作为交联剂，通过层层自组装法制备的交联GO纳滤膜克服了上述缺点，化学交联在增加GO膜在水中稳定性的同时增加了GO片层间孔道尺寸，成膜对罗丹明染料截留率93%-95%，NaCl截留率6%-19%，通量是商业纳滤膜的4-10倍。该孔道尺寸还可借由引入小分子、聚合物或纳米颗粒进行调控，该特性可拓宽二维材料应用到更多膜分离纯化领域[54]。图1-2氧化石墨烯层间距调控方法[54]。随着石墨烯研究的不断深入，类石墨烯结构的过渡金属二硫化物WS2在膜材料中的潜在应用前景也备受关注。单层WS2二维层状材料包含3个原子层，中间层为W原子，上下两层均为S原子，W原子与S原子以共价键结合形成二维六方晶格结构（图1-3）。与GO层间及边缘仅有20%左右的含氧功能基团相比，硫属化合物W原子层和S原子层组成类“三明治”结构，硫原子完全暴露在片层两侧，易通过氢键缔结更多的水分子，相较GO具有更强的亲水[55-57]，并且
第一章前言11WS2表面没有多余的官能团，赋予了其比GO更“光滑”的表面，水分子透过的阻力更小，在水溶液中的稳定性也更好。图1-3WS2结构示意图（a）侧视图；（b）俯视图。彭新生[58]课题组采用真空抽滤法制备了500nm厚的WS2层状膜，表现出450L·m-2·h-1·bar-1的高水通量，是传统GO膜的5倍左右，对伊丈思蓝染料截留率保持90%以上。该课题组进一步以带正电的氢氧化铜纳米线为模版，与带负电的WS2以层层自组装法制膜，而后经过纳米线脱模构造出WS2片层间新孔道，成膜水通高达930L·m-2·h-1·bar-1，同时膜的分离性能未明显降低、稳定性良好。PengCheng等人[59]制备了WS2/GO混合层状膜，GO的插入降低了WS2纳米片堆叠产生的缺陷，改善了WS2膜的分离性能。15wt%GO掺杂的WS2/GO膜对染料和水合半径大于4.9的离子表现出高排斥（>90%）。通过水合杂化的GO15WS2膜的水通量为159.6L·m-2·h-1·bar-1，对小分子染料亚甲基蓝的截留高达96.3%。单层WS2在膜分离领域中虽有良好的潜在应用价值，但由于其合成条件较为苛刻，机械剥离产率较低、成本较高，目前尚不具备大规模制备的条件。近年来，层状双金属氧化物（LDH）以其优异的物理支撑性、化学稳定性和独特的二维结构、合成方法简单等优点在膜分离领域同样受到了广泛关注。LDH的化学通式为[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，式中M2+、M3+分别是二价、三价金属阳离子；An-为层间阴离子，x表示M3+在整个LDH中所占金属离子物质的量的百分比，n表示了每个阴离子基团所带的电荷量，m表示层间水分子的数目[60]。LDH具有良好的亲水性和荷电性，使其适用于水处理膜的制备和改性。其合成方法主要有水热法和共沉淀法，其
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗菌聚酰胺复合纳滤膜的制备及表征[J]. 张宇峰,李文俏,潘赢,张雯,孟建强. 天津工业大学学报. 2019(01)
[2]纤维素/壳聚糖共混纳滤膜的制备及其染料脱盐性能研究[J]. 陈慧娟,纪晓声,陈霄翔,张林. 膜科学与技术. 2018(04)
[3]微絮凝/超滤组合工艺处理实际印染废水[J]. 陈启斌,陈征贤,庄荣传,季常青,郭金溢. 环境污染与防治. 2018(04)
[4]SPEEK含量对PMIA-SPEEK共混纳滤膜结构及性能的影响[J]. 曾浩浩,赵虹,赵长伟,王涛,曾楚怡. 水处理技术. 2015(08)
[5]水污染防治行动计划[J]. 中国环保产业. 2015(05)
[6]PDA/PIP二胺混合聚酰胺复合纳滤膜制备及性能表征[J]. 王磊,刘婷婷,米娜,高哲,苗瑞,呼佳瑞,吕永涛. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]一种新型共混复合纳滤膜的制备及性能研究[J]. 高复生,高从堦,高学理,王志宁,王剑,都娟成. 高校化学工程学报. 2014(03)
[8]MF-RO深度处理印染废水的效果和回用[J]. 邹勇斌,颜幼平,陈师楚,陈志星,陈鹏. 印染. 2013(02)
[9]层层自组装PDADMAC/PSS纳滤膜的制备[J]. 王宗文,苏保卫,高学理,韩姗姗,高从堦. 膜科学与技术. 2012(01)
[10]界面聚合法制备海藻酸钠/聚砜复合纳滤膜[J]. 高学理,王伟伟,陈晓琳,徐佳,马准,苏燕,高从堦. 膜科学与技术. 2011(04)
硕士论文
[1]水滑石类光催化剂的制备及其印染废水处理性能研究[D]. 韩媛媛.青岛科技大学 2019
[2]三维多孔碳海绵和氮化碳超滤膜制备及处理印染废水研究[D]. 王峰.河北工程大学 2019
[3]MgAl-LDH基材料的制备及表征[D]. 杨凯.齐鲁工业大学 2018
[4]层层自组装季铵化壳聚糖荷电纳滤膜的制备及其性能研究[D]. 殷艳娜.南京理工大学 2016
[5]层层自组装方法构建双网络增强自支撑多层膜的研究[D]. 付轲.浙江大学 2011
本文编号：3473933
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