基于单体设计制备高通量且抗污染的薄层复合聚酰胺膜
发布时间：2021-12-10 04:26
薄层复合芳香聚酰胺（TFC PA）膜因其选择分离性好和出水水质高等优异性能被广泛地应用于反渗透/纳滤过程进行脱盐和物料浓缩。TFC PA膜由多孔支撑层和致密的聚酰胺（PA）活性层组成,其中PA活性层的结构与性质决定着TFC PA膜的选择分离性和耐污染特性。商业化的TFC PA膜通常是以间苯二胺（MPD）或哌嗪（PIP）为水相单体与均苯三甲酰氯（TMC）在多孔支撑层上进行界面聚合反应而制得。然而在其使用过程中TFC PA膜面临着渗透选择性平衡上限效应和膜污染严重等问题。本工作通过分子设计合成带有亲水基团的4-吗啉-间苯二胺（MpMPD）单体和兼具MPD和PIP分子结构的4-哌嗪-间苯二胺（PMPD）单体,用于调控PA活性层的亲水性和交联结构,进而制得兼具高通量和抗污染能力的TFC PA膜。具体研究结果如下:（1）基于MpMPD单体制备具有高通量且抗污染的TFC PA反渗透膜通过设计与合成带有亲水吗啉基团的MpMPD水相单体,并与TMC单体在聚砜超滤膜表面进行界面聚合制得高通量反渗透膜（MpMPD膜）,随后利用小分子3-溴丙酸（3-BPA）对PA活性层进行接枝改性,制备具有两性离子修饰的抗...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
造成膜污染的主要污染物类型：胶体污染物、有机污染物、无机结垢污染物、生物[35]
第一章绪论11图1-4界面聚合水相新单体结构图[24,49-51,53,55]Fig1-4Structurediagramofnewmonomersinaqueousphaseofinterfacialpolymerization[24,49-51,53,55]（2）大分子水相单体此外，也有研究人员在界面聚合过程中以带有亲水性基团（如胺基或者羟基）的聚合物作为水相反应单体界面聚合制膜，从而在PA活性层中引入亲水官能团，提高TFCPA膜的亲水性能，进而提高膜的水渗透性能和抗污染性能。An[56]等在界面聚合过程中向水相溶液中加入不同量的聚乙烯醇（PVA）大分子聚合物，研究发现在加入PVA后，在不牺牲膜截留性能的同时，增加了膜的水渗透性能。随着PVA用量的增加，膜的亲水性和抗污染性能也得到了增强。这是由于膜表面亲水性提高，降低了水分子的传质阻力，减少了污染物的吸附。Gol等[57]合成带有胺基官能团的聚乙二醇分子与MPD或PIP共混作为水相新单体进行界面聚合，将带有氨基的聚乙二醇大分子以化学键连接的方式引入PA活性层，提升了膜表面亲水性能，降低膜对水分子的传质阻力，所制备的NF膜和RO膜的水通量和抗污染性能都得到了提升。Ma等[58]以新型两性离子胺单体PEI-g-SBMA为水相单体，通过界面聚合制备了一种新型膜表面荷电中性NF膜。研究发现荷电中性两性离子NF膜（PEI-g-SBMA/TMC)的水通量高达132.0Lm-2h-1MPa-1，比未接枝SBMA的PEI/TMC膜的水通量高2倍以上，这是由于两性离子具有较强的水合作用，加快了水分子的传输。此外两性离子胺赋予NF膜一个电中性分离层（中性条件下），并通过调节表面电荷平衡来增强其抗污染性能。综上，在PA层中引入带有亲水基团水相小分子或者大分子单体，可以赋予PA层优良的亲水性能，降低水传输阻力，提升膜的水渗透性能和抗污染性能。对界面聚合反应水相单体结?
第一章绪论15为98.8%）。用BSA和溶菌酶作为模型污染物在不同pH值下考察了膜抗污染和清洗能力。结果表明，亲水性PVCIB刷子显著改善了TFCPA膜的抗蛋白质污染性能。Wang等[87]先采用2,6-氨基吡啶对聚酰胺进行原位表面改性，然后用3-BPA进行接枝改性，制备了表面含有两性离子功能单元的高通量耐氯TFCPA膜。研究发现，改性后膜的水渗透性能和选择性能同时得到了提升。改性膜在16,000ppmh的氯化条件下，在不影响其盐截留性能的情况下，提高了其耐氯性。这是由于改性膜的表面接枝丙酸基团，降低了氯离子对PA活性层中酰胺键的攻击。然而，这些功能化方法过程通常是复杂的，需要特定的条件或通过多个步骤来实施。图1-6以对pH敏感的咪唑类两性离子聚电解质改性TFCPA膜示意图[79]Fig1-6SchematicofTFCPAmembranemodifiedbyapH-sensitiveimidazole-basedzwitterionicpolyelectrolyte[79]此外，An等[70]将小分子试剂1,3-丙磺酸内脂（1,3-PS）在甲醇溶液中对膜表面改性制备具有两性离子单元的新型TFCPANF膜，其所得到的NF膜（NFMs）水通量和抗污染性能均得到显著提升。他们用于界面聚合的水相胺单体结构具有叔胺，该叔胺可以与内酯反应以直接生成两性离子用于原始TFCPA膜表面改性。此外，Guo等[88]在界面聚合中加入N,N-二乙基乙二胺（DEEDA）制备TFCPA膜，然后以1,3-PS对膜表面进行接枝修饰，将两性离子引入到PA活性层中。研究发现所制备的TFCPA膜渗透通量可高达14.6Lm2h1bar-1，对有机物有着
本文编号：3531903
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
造成膜污染的主要污染物类型：胶体污染物、有机污染物、无机结垢污染物、生物[35]
第一章绪论11图1-4界面聚合水相新单体结构图[24,49-51,53,55]Fig1-4Structurediagramofnewmonomersinaqueousphaseofinterfacialpolymerization[24,49-51,53,55]（2）大分子水相单体此外，也有研究人员在界面聚合过程中以带有亲水性基团（如胺基或者羟基）的聚合物作为水相反应单体界面聚合制膜，从而在PA活性层中引入亲水官能团，提高TFCPA膜的亲水性能，进而提高膜的水渗透性能和抗污染性能。An[56]等在界面聚合过程中向水相溶液中加入不同量的聚乙烯醇（PVA）大分子聚合物，研究发现在加入PVA后，在不牺牲膜截留性能的同时，增加了膜的水渗透性能。随着PVA用量的增加，膜的亲水性和抗污染性能也得到了增强。这是由于膜表面亲水性提高，降低了水分子的传质阻力，减少了污染物的吸附。Gol等[57]合成带有胺基官能团的聚乙二醇分子与MPD或PIP共混作为水相新单体进行界面聚合，将带有氨基的聚乙二醇大分子以化学键连接的方式引入PA活性层，提升了膜表面亲水性能，降低膜对水分子的传质阻力，所制备的NF膜和RO膜的水通量和抗污染性能都得到了提升。Ma等[58]以新型两性离子胺单体PEI-g-SBMA为水相单体，通过界面聚合制备了一种新型膜表面荷电中性NF膜。研究发现荷电中性两性离子NF膜（PEI-g-SBMA/TMC)的水通量高达132.0Lm-2h-1MPa-1，比未接枝SBMA的PEI/TMC膜的水通量高2倍以上，这是由于两性离子具有较强的水合作用，加快了水分子的传输。此外两性离子胺赋予NF膜一个电中性分离层（中性条件下），并通过调节表面电荷平衡来增强其抗污染性能。综上，在PA层中引入带有亲水基团水相小分子或者大分子单体，可以赋予PA层优良的亲水性能，降低水传输阻力，提升膜的水渗透性能和抗污染性能。对界面聚合反应水相单体结?
第一章绪论15为98.8%）。用BSA和溶菌酶作为模型污染物在不同pH值下考察了膜抗污染和清洗能力。结果表明，亲水性PVCIB刷子显著改善了TFCPA膜的抗蛋白质污染性能。Wang等[87]先采用2,6-氨基吡啶对聚酰胺进行原位表面改性，然后用3-BPA进行接枝改性，制备了表面含有两性离子功能单元的高通量耐氯TFCPA膜。研究发现，改性后膜的水渗透性能和选择性能同时得到了提升。改性膜在16,000ppmh的氯化条件下，在不影响其盐截留性能的情况下，提高了其耐氯性。这是由于改性膜的表面接枝丙酸基团，降低了氯离子对PA活性层中酰胺键的攻击。然而，这些功能化方法过程通常是复杂的，需要特定的条件或通过多个步骤来实施。图1-6以对pH敏感的咪唑类两性离子聚电解质改性TFCPA膜示意图[79]Fig1-6SchematicofTFCPAmembranemodifiedbyapH-sensitiveimidazole-basedzwitterionicpolyelectrolyte[79]此外，An等[70]将小分子试剂1,3-丙磺酸内脂（1,3-PS）在甲醇溶液中对膜表面改性制备具有两性离子单元的新型TFCPANF膜，其所得到的NF膜（NFMs）水通量和抗污染性能均得到显著提升。他们用于界面聚合的水相胺单体结构具有叔胺，该叔胺可以与内酯反应以直接生成两性离子用于原始TFCPA膜表面改性。此外，Guo等[88]在界面聚合中加入N,N-二乙基乙二胺（DEEDA）制备TFCPA膜，然后以1,3-PS对膜表面进行接枝修饰，将两性离子引入到PA活性层中。研究发现所制备的TFCPA膜渗透通量可高达14.6Lm2h1bar-1，对有机物有着
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