纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜的制备与表征

发布时间：2017-05-16 10:01

  本文关键词：纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜的制备与表征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：正渗透(Forward osmosis)作为一种新型膜分离技术,其关注和研究日趋广泛与深入,并已在一些领域得到应用,前景广阔。本课题主要通过GO对基底膜和正渗透膜进行共混改性,以期改善膜片的渗透性能和抗膜污染性能。选用经典的相转化法和界面聚合法自制膜片,以实验室的错流测试平台和正渗透测试平台为基础,通过水通量、盐返混量等参数对共混改性膜片的运行效能进行了评价。本文的主要研究结论如下:(1)对纳米无机颗粒改性基底膜的工艺条件和运行效能进行了探索,试验结果表明:PES/GO和PES/GO/TiO2复合纳米基底膜均具有典型的指状多孔结构,且改性后指状空穴结构变大,膜流体阻力减小,接触角减小,亲水性增强,热稳定性提高,粗糙度减小,机械强度也有所增加。纳米无机材料共混改性后的基底膜在纯水通量、截留率和抗污染性方面均具有大幅度的提高。其中,随着GO共混量的增加,基底膜的纯水通量出现了先增加后减小的趋势,当GO的添加量达到0.5%时,膜的纯水通量最大可以达到265LMH,相较于原膜171LMH的纯水通量,提高了55%,复合纳米超滤膜对BSA和SA的截留率相较于纯PES膜均有不同程度的提高;GO和nano-TiO2共同共混改性的超滤膜(0.8%GO+0.2%nano-TiO2)性能最优,纯水通量可达260LMH,相较于纯PES膜,通量增加了52.1%,BSA和SA模拟污染物过滤180min后,膜的稳定通量分别保持在67.8和68.0LMH左右,截留率均可达99%以上。(2)重点针对正渗透膜的运行工艺和聚合方式进行了相关研究。试验结果表明:纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜表面具有明显的“山峰和低谷”形态,导致膜片表面粗糙度增大,热稳定性提高。正渗透膜经GO亲水改性后,水通量和盐的返混量均具有大幅度的提高。其中,随着GO共混量的增加,氧化石墨烯共混复合正渗透膜的纯水通量同样出现了先增加后减小的趋势。TFC0.5膜相较于纯TFC膜而言,在FO/PRO模式下水通量分别提高了133%,108%。但是针对盐的返混效果而言,所有膜片盐的返混较为严重;通过对纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜性能的物理影响因素研究可知,PRO相较FO模式而言,水通量较高,盐的返混也更严重;就运行速度而言,运行错流速度越低,水通量越低,盐返混越轻;就渗透压驱动力而言,随着汲取液浓度的增加,正渗透过程中的水通量均出现了增加的趋势,盐的返混通量也出现了增加的趋势,当NaCl和Glucose作为汲取液时,在浓度相同时,不管是FO模式还是PRO模式下,NaCl的水通量都要比Glucose较高;通过对纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜性能的化学影响因素研究可知,界面聚合次数越多,水通量越小,盐的返混量越小;正面界面聚合相较于反面界面聚合,水通量较大,盐的返混量较小;双面界面聚合相较于单面界面聚合而言,水通量和盐的返混量均有较大程度的减小。(3)重点针对正渗透膜的抗污染性能进行了相关研究。试验结果表明:不管是有机体系、无机体系还是有机-无机混合体系的污染物,TFC0.3膜相较于纯TFC膜而言,通量衰减率较小,稳定通量较大。同时,对于有机污染物BSA和SA而言,加入nano-TiO2后的复合污染均使通量下降趋势有所减缓。
【关键词】：GO 共混改性 正渗透膜 基底膜 界面聚合
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-31
• 1.1 研究背景12-17
• 1.1.1 水资源和能源危机12-13
• 1.1.2 膜分离技术13-17
• 1.2 纳米颗粒膜改性研究进展17-22
• 1.2.1 氧化石墨烯膜改性的研究进展17-20
• 1.2.2 二氧化钛膜改性的研究进展20-22
• 1.3 正渗透膜分离技术22-28
• 1.3.1 正渗透分离原理22-23
• 1.3.2 正渗透汲取液23-24
• 1.3.3 正渗透汲取溶质返混24-25
• 1.3.4 正渗透浓差极化25-26
• 1.3.5 正渗透膜污染26-27
• 1.3.6 正渗透应用27-28
• 1.4 课题的提出28-31
• 1.4.1 课题研究目的和意义28-29
• 1.4.2 课题研究的创新点29
• 1.4.3 课题研究的技术路线29-30
• 1.4.4 研究主要内容30-31
• 第2章 试验材料与研究方法31-39
• 2.1 试验仪器与化学试剂31-32
• 2.1.1 化学试剂及材料31
• 2.1.2 试验仪器31-32
• 2.2 试验方法及装置32-37
• 2.2.1 GO的制备32-33
• 2.2.2 PES/GO/TiO_2共混改性基底膜的制备33
• 2.2.3 正渗透膜的制备33-34
• 2.2.4 共混GO的分散性34
• 2.2.5 基底膜纯水通量的测定34
• 2.2.6 基底膜截留率的测定34-35
• 2.2.7 孔隙率和平均孔径的测定35
• 2.2.8 正渗透膜水通量的测定35-36
• 2.2.9 溶质返混通量36-37
• 2.3 试验分析手段37-39
• 2.3.1 膜结构形貌特性表征37
• 2.3.2 热稳定性分析37
• 2.3.3 膜机械性能分析37-38
• 2.3.4 亲水性能测试38
• 2.3.5 抗污染性能测试38-39
• 第3章 膜的表征39-59
• 3.1 GO的表征39-40
• 3.1.1 GO的热稳定性分析39
• 3.1.2 GO的红外分析39-40
• 3.2 超滤基底膜的表征40-52
• 3.2.1 GO/PES共混超滤膜的表征分析40-46
• 3.2.2 GO/TiO_2/PES共混超滤膜的表征分析46-52
• 3.3 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜的表征分析52-57
• 3.3.1 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜的微观形貌分析52-53
• 3.3.2 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜的表面粗糙度分析53-54
• 3.3.3 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜热失重分析54-55
• 3.3.4 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜XPS分析55-56
• 3.3.5 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜亲水性分析56-57
• 3.3.6 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜渗透性能分析57
• 3.4 本章小结57-59
• 第4章 膜的测试59-78
• 4.1 GO/PES超滤膜的性能研究59-62
• 4.1.1 GO/PES超滤膜的过滤性能研究59-60
• 4.1.2 GO/PES超滤膜的抗污染性能研究60-62
• 4.2 GO/TiO_2/PES超滤膜的性能研究62-65
• 4.2.1 GO/PES超滤膜的过滤性能研究62-63
• 4.2.2 GO/TiO_2/PES超滤膜的抗污染性能研究63-65
• 4.2.3 GO/TiO_2/PES超滤膜的抗压缩性能研究65
• 4.3 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜的性能研究65-77
• 4.3.1 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜性能的物理影响因素研究65-72
• 4.3.2 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜性能的化学影响因素研究72-75
• 4.3.3 纳米氧化石墨烯共混复合正渗透膜污染研究75-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第5章 结论与建议78-81
• 5.1 结论78-79
• 5.2 建议79-81
• 参考文献81-88
• 攻读学位期间的主要学术成果88-89
• 致谢89

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1 张奇珍;;渗透膜气体分离器简论[J];膜科学与技术;1983年03期

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3 沈守仓,卢冠忠,汪仁;膜催化技术的应用(Ⅰ)——用氢渗透膜同时实现催化反应和产品分离[J];膜科学与技术;1993年01期

4 夏圣骥;周昱e，

本文编号：370496