超高分离性能纳滤膜制备及性能研究
发布时间：2021-12-12 09:40
高效便捷地制备兼具高渗透性和高选择性的高性能分离膜对突破Robeson上线、提高分离效率和降低分离能耗具有重要意义。本文首次采用壳聚糖辅助界面聚合原位形成中间层的方法成功制备出超高渗透选择性纳滤膜,主要研究内容和结果如下:（1）CS-PIP水相溶液的制备。水相溶液的性质是本课题界面聚合过程中原位形成中间层的关键,水相溶液的粘度对界面聚合过程中活性单体的扩散速率具有重要影响,进而影响界面聚合过程。本文采用离子交联法,将多聚磷酸钠（SPP）溶液加到壳聚糖（CS）-哌嗪（PIP）共混溶液中,制备含有壳聚糖纳米颗粒（CSPs）的水相溶液。结果表明,引入CS后,水相溶液粘度明显提高,且水相溶液粘度随CS浓度的增加而增加,几乎不受陈化时间影响。当陈化时间为0 h时,CS在水相溶液中主要以游离的CS分子形式存在,当陈化时间为6 h时,CS在水相溶液中主要以CSPs形式存在。（2）CS辅助界面聚合制备高渗透选择性纳滤膜。以聚醚砜（PES）/磺化聚砜（SPSf）为基膜,以含有SPP、CS和PIP的CS-PIP溶液为水相溶液,以含有均苯三甲酰氯（TMC）的正己烷溶液为油相溶液,利用界面聚合法制备高渗透选择...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米粒子参与界面聚合构建水通道Fig.1-1Nanoparticlesparticipateininterfacialpolymerizationtoconstructwaterchannels
第一章绪论7(ZPNPs)与哌嗪(PIP)共混界面聚合制备出一种新型复合纳滤膜，纯水渗透性达10.97L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为96%。2018年，安等人[49]又通过将两性聚合物纳米粒子(ZNGs)与哌嗪(PIP)共混界面聚合制备出一种新型复合纳滤膜，纯水渗透性达10.63L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为97.8%。图1-1纳米粒子参与界面聚合构建水通道Fig.1-1Nanoparticlesparticipateininterfacialpolymerizationtoconstructwaterchannels.1.3.2引入中间层制备纳滤膜在多孔支撑膜上引入一层中间层，以调节界面聚合过程中PA阻隔层的结构，是一种新的构建高渗透-选择性NF膜的策略。通过引入亲水性中间层的方法可以调控界面聚合速率，降低聚酰胺层的厚度及交联度，提高复合膜渗透性。2016年徐等人[53]通过共沉积的方法引入多酚涂层作为中间层，以哌嗪和均苯三甲酰氯为原料，在多酚中间层表面进行界面聚合形成聚酰胺阻隔层，纯水渗透性达7.88L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为98%。2017年，徐等人[54]又通过将亲水性纤维素纳米晶真空抽滤到支撑膜上作为中间层再进行界面聚合制备出一种三层复合纳滤膜，纯水渗透性达34L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为97%。2016年靳等人[55]通过将单壁碳纳米管真空抽滤到支撑膜上作为中间层再进行界面聚合制备出一种10纳米左右超薄聚酰胺阻隔层的纳滤膜，纯水渗透性达32L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为95.9%。图1-2引入中间层制备纳滤膜Fig.1-2Nanofiltrationmembranewaspreparedbyintroducinganinterlayer.
天津工业大学硕士学位论文81.3.3牺牲中间层制备纳滤膜牺牲中间层的方法实质上是为了增加阻隔层的有效分离表面积，提高水的渗透面积，进而提升水通量。2015年，Livingston等人[56]通过将氢氧化铬纳米线真空抽滤到支撑膜上作为中间层再进行界面聚合制备出含有10纳米左右超薄聚酰胺阻隔层的纳滤膜，后续将中间层溶解，得到一种超薄褶皱复合膜，用于有机溶剂的分离，渗透性提升了一个数量级。2018年，靳等人[57]通过牺牲纳米粒子的方法得到一种超薄褶皱的纳滤膜，纯水渗透性达53.5L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为95%。为了验证透水面积对纳滤膜分离性能的影响，2018年，张等人[38]通过在界面聚合水相溶液中添加聚乙烯醇控制活性单体扩散速率得到拥有图灵结构的聚酰胺膜，增加了透水面积，纯水渗透性由原来的12.2L·m-2·h-1·bar-1提升至24.8L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为99.6%。可见，减薄聚酰胺阻隔层的厚度，同时增加阻隔层的有效分离表面积，将大大提升复合膜的渗透性。图1-3牺牲中间层制备纳滤膜Fig.1-3Preparationofnanofiltrationmembranebysacrificinginterlayer.1.4本课题的研究意义及研究内容1.4.1研究意义综上所述，高渗透-选择性纳滤膜有望打破膜渗透性与选择性的“trade-off效应”，将极大提升纳滤膜的分离效率，减少能量消耗。目前制备高渗透-选择性纳滤膜的一种可行策略是通过改变界面聚合过程来调节PA阻隔层的固有结构。但是，为了使制备的PA阻隔层没有缺陷从而获得较高的截留率，位于多孔支撑膜
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent developments in nanofiltration membranes based on nanomaterials[J]. Yanli Ji,Weijie Qian,Yawei Yu,Quanfu An,Lifen Liu,Yong Zhou,Congjie Gao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(11)
[2]水处理膜材料技术及产业发展现状[J]. 冯瑞华. 新材料产业. 2017(03)
[3]膜分离技术的应用现状及研究进展[J]. 王檑,蒙义舒. 现代矿业. 2016(11)
[4]放射性废水的膜处理技术研究进展[J]. 王建龙,刘海洋. 环境科学学报. 2013(10)
[5]膜分离技术的发展趋势[J]. 康志萍. 环境技术. 2005(04)
[6]膜分离技术的发展及其工业应用[J]. 朱智清. 化工技术与开发. 2003(01)
博士论文
[1]基于新型单体的反渗透与纳滤膜的制备与性能研究[D]. 赵亚丽.中国科学技术大学 2019
[2]抗菌醋酸纤维素反渗透膜的制备及性能研究[D]. 费鹏飞.天津工业大学 2018
[3]基于多巴胺辅助共沉积技术的高性能复合纳滤膜研究[D]. 吕嫣.浙江大学 2018
[4]聚酰胺/聚醚酰亚胺复合纳滤膜的制备及其性能研究[D]. 海玉琰.天津大学 2016
硕士论文
[1]界面聚合法制备高通量TFC纳滤膜及性能研究[D]. 靳伟光.天津大学 2018
[2]多壁碳纳米管功能化与超薄纳米复合纳滤膜的制备及性能研究[D]. 郑峻峰.南京理工大学 2018
本文编号：3536440
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米粒子参与界面聚合构建水通道Fig.1-1Nanoparticlesparticipateininterfacialpolymerizationtoconstructwaterchannels
第一章绪论7(ZPNPs)与哌嗪(PIP)共混界面聚合制备出一种新型复合纳滤膜，纯水渗透性达10.97L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为96%。2018年，安等人[49]又通过将两性聚合物纳米粒子(ZNGs)与哌嗪(PIP)共混界面聚合制备出一种新型复合纳滤膜，纯水渗透性达10.63L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为97.8%。图1-1纳米粒子参与界面聚合构建水通道Fig.1-1Nanoparticlesparticipateininterfacialpolymerizationtoconstructwaterchannels.1.3.2引入中间层制备纳滤膜在多孔支撑膜上引入一层中间层，以调节界面聚合过程中PA阻隔层的结构，是一种新的构建高渗透-选择性NF膜的策略。通过引入亲水性中间层的方法可以调控界面聚合速率，降低聚酰胺层的厚度及交联度，提高复合膜渗透性。2016年徐等人[53]通过共沉积的方法引入多酚涂层作为中间层，以哌嗪和均苯三甲酰氯为原料，在多酚中间层表面进行界面聚合形成聚酰胺阻隔层，纯水渗透性达7.88L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为98%。2017年，徐等人[54]又通过将亲水性纤维素纳米晶真空抽滤到支撑膜上作为中间层再进行界面聚合制备出一种三层复合纳滤膜，纯水渗透性达34L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为97%。2016年靳等人[55]通过将单壁碳纳米管真空抽滤到支撑膜上作为中间层再进行界面聚合制备出一种10纳米左右超薄聚酰胺阻隔层的纳滤膜，纯水渗透性达32L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为95.9%。图1-2引入中间层制备纳滤膜Fig.1-2Nanofiltrationmembranewaspreparedbyintroducinganinterlayer.
天津工业大学硕士学位论文81.3.3牺牲中间层制备纳滤膜牺牲中间层的方法实质上是为了增加阻隔层的有效分离表面积，提高水的渗透面积，进而提升水通量。2015年，Livingston等人[56]通过将氢氧化铬纳米线真空抽滤到支撑膜上作为中间层再进行界面聚合制备出含有10纳米左右超薄聚酰胺阻隔层的纳滤膜，后续将中间层溶解，得到一种超薄褶皱复合膜，用于有机溶剂的分离，渗透性提升了一个数量级。2018年，靳等人[57]通过牺牲纳米粒子的方法得到一种超薄褶皱的纳滤膜，纯水渗透性达53.5L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为95%。为了验证透水面积对纳滤膜分离性能的影响，2018年，张等人[38]通过在界面聚合水相溶液中添加聚乙烯醇控制活性单体扩散速率得到拥有图灵结构的聚酰胺膜，增加了透水面积，纯水渗透性由原来的12.2L·m-2·h-1·bar-1提升至24.8L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留为99.6%。可见，减薄聚酰胺阻隔层的厚度，同时增加阻隔层的有效分离表面积，将大大提升复合膜的渗透性。图1-3牺牲中间层制备纳滤膜Fig.1-3Preparationofnanofiltrationmembranebysacrificinginterlayer.1.4本课题的研究意义及研究内容1.4.1研究意义综上所述，高渗透-选择性纳滤膜有望打破膜渗透性与选择性的“trade-off效应”，将极大提升纳滤膜的分离效率，减少能量消耗。目前制备高渗透-选择性纳滤膜的一种可行策略是通过改变界面聚合过程来调节PA阻隔层的固有结构。但是，为了使制备的PA阻隔层没有缺陷从而获得较高的截留率，位于多孔支撑膜
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent developments in nanofiltration membranes based on nanomaterials[J]. Yanli Ji,Weijie Qian,Yawei Yu,Quanfu An,Lifen Liu,Yong Zhou,Congjie Gao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(11)
[2]水处理膜材料技术及产业发展现状[J]. 冯瑞华. 新材料产业. 2017(03)
[3]膜分离技术的应用现状及研究进展[J]. 王檑,蒙义舒. 现代矿业. 2016(11)
[4]放射性废水的膜处理技术研究进展[J]. 王建龙,刘海洋. 环境科学学报. 2013(10)
[5]膜分离技术的发展趋势[J]. 康志萍. 环境技术. 2005(04)
[6]膜分离技术的发展及其工业应用[J]. 朱智清. 化工技术与开发. 2003(01)
博士论文
[1]基于新型单体的反渗透与纳滤膜的制备与性能研究[D]. 赵亚丽.中国科学技术大学 2019
[2]抗菌醋酸纤维素反渗透膜的制备及性能研究[D]. 费鹏飞.天津工业大学 2018
[3]基于多巴胺辅助共沉积技术的高性能复合纳滤膜研究[D]. 吕嫣.浙江大学 2018
[4]聚酰胺/聚醚酰亚胺复合纳滤膜的制备及其性能研究[D]. 海玉琰.天津大学 2016
硕士论文
[1]界面聚合法制备高通量TFC纳滤膜及性能研究[D]. 靳伟光.天津大学 2018
[2]多壁碳纳米管功能化与超薄纳米复合纳滤膜的制备及性能研究[D]. 郑峻峰.南京理工大学 2018
本文编号：3536440
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