基于碳纳米管混合基质正渗透膜的制备及应用研究

发布时间：2017-06-20 09:04

  本文关键词：基于碳纳米管混合基质正渗透膜的制备及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于操作压力小、耐污染能力好等优点,越来越多的人开始关注正渗透膜技术。但是在实际应用中,仍然存在许多挑战。最近的研究发现,以纳米材料作为添加剂可以显著增强膜的渗透性能。其中,由于其高度的生物相容性和较大的比表面积,碳纳米管在正渗透膜制备领域得到了越来越多的关注。但是碳纳米管不能溶于一般的溶剂,因此必须对其进行改性。本论文拟在传统正渗透膜的基础上,以功能化碳纳米管作为添加剂改善膜的性能,并对其结构和性能进行表征。论文首先制备了传统二醋酸纤维素(CA)正渗透膜,并考察了膜制备过程中的各种影响因素对膜性能的影响,得出最优的制膜参数。然后分析了不同操作模式下膜的水通量以及反向盐通量的变化情况,从而分析浓差极化的影响。扫描电镜显微镜、接触角分析仪用来表征度正渗透膜的表面和断面结构以及亲水性能。通过实验确定的CA正渗透膜的最优制备工艺条件为:二醋酸纤维素含量为12%,制孔剂选用K15系列的聚乙烯吡咯烷酮,其含量为4%,乳酸含量为6%,以120目的聚酯筛网作为支撑材料,最优后处理温度为70℃,最优凝固浴温度为27℃。此时所制备的膜的水通量为46LMH,反向盐通量为6 gMH,接触角为65.9°。所制膜的亲水性能和渗透性能远远高于商业化正渗透膜,且两种正渗透膜在应用过程中都会受到浓差极化现象的影响。扫描电镜结果显示,膜厚度明显大于商业化正渗透膜,且具有更多的孔状结构。在此基础上,研究了以羧基化碳纳米管(MWCNT-COOH)为添加剂正渗透膜的制备。将MWCNT-COOH加入到铸膜液中改善正渗透膜的性能,通过考察制膜过程中MWCNT-COOH含量、后处理温度、凝固浴温度、支撑层目数等操作条件的影响,优化制膜参数。并研究添加MWCNT-COOH前后正渗透膜的渗透性能与亲水性能以及膜结构的变化。通过分析测定,得出膜的最优制备条件为:MWCNT-COOH含量为二醋酸纤维素总量的3.5%,最优后处理温度为70℃,最优凝固浴温度为27℃,以120目的聚酯筛网作为支撑材料。此时所制备的正渗透膜的水通量为56.0 LMH,反向盐通量为6.0 gMH,接触角为57.2°。通过对比添加MWCNT-COOH前后所制正渗透膜的渗透性能,可以看出添加MWCNT-COOH能显著改善膜的亲水性能,正渗透膜的水通量明显增大,但对于反向盐通量的改善效果不明显,且添加MWCNT-COOH后的正渗透膜受浓差极化的影响更大。扫描电镜结果表明添加MWCNT-COOH后膜表面变粗糙,孔径变大。本论文还制备了二醋酸纤维素/羟基化碳纳米管(CA/MWCNT-OH)正渗透膜。将MWCNT-OH加入到铸膜液中改善正渗透膜的性能,通过改变正渗透膜的制备条件,优化制膜参数。结果表明MWCNT-OH含量为二醋酸纤维素总量的3.0%,最优后处理温度为70℃,最优凝固浴温度为30℃,以120目的聚酯筛网作为支撑材料时膜的性能最优。此时所制备的正渗透膜的水通量为57.4 LMH,反向盐通量为4.5 gMH,接触角为49.3°,说明其亲水性明显好于传统CA正渗透膜。从断面结构可以看出有许多小孔生成,且膜结构变松散。对比添加MWCNT-OH前后所制正渗透膜的渗透性能,可以看出当支撑层面向汲取液时,添加MWCNT-OH能显著正渗透膜的水通量,膜的反向盐通量也显著减小。但是当支撑层面向原料液时,对于反向盐通量不产生改善效果。最后,研究本论文所制备的正渗透膜在模拟苦咸水淡化过程中的应用,并与购买的美国HTI公司生产的三醋酸纤维正渗透进行比较。实验中以5000 mg/L的模拟苦咸水作为原料液,2 M葡萄糖溶液作为汲取液,研究一小时测试的时间内正渗透膜的水通量以及截留率的变化情况。水通量的变化情况表明,与商业化正渗透膜的相比,本论文所制备的几种正渗透膜更不稳定,达到稳定所需时间更长。观察截留率的变化情况,可以发现同样的情况。就水通量数值而言,本论文所制备的几种正渗透膜要优于商业化正渗透膜,且添加功能化碳纳米管后,能够明显改善所制正渗透膜的渗透性能。但是截留率的情况并不乐观。通过一小时的测试可以看出,本论文所制备的几种正渗透膜在截留率方面并没有明显的优势,相反,与商业化HTI正渗透膜相比,其截留性能仍有很大的改进空间。
【关键词】：正渗透膜 二醋酸纤维素 功能化碳纳米管 苦咸水淡化
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 正渗透膜简介12-13
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2 正渗透膜的应用范围13-15
• 1.2.1 污水处理14
• 1.2.2 海水淡化14
• 1.2.3 食物浓缩14-15
• 1.2.4 医药15
• 1.2.5 其他领域15
• 1.3 共混正渗透膜的制备15-18
• 1.3.1 碳纳米管15-16
• 1.3.2 二氧化硅16
• 1.3.3 沸石16-17
• 1.3.4 二氧化钛17
• 1.3.5 其他添加剂17-18
• 1.4 本课题的研究目的、意义和研究内容18-20
• 第二章 实验材料与方法20-24
• 2.1 实验材料20-21
• 2.1.1 实验试剂20
• 2.1.2 实验仪器20-21
• 2.2 实验方法21-24
• 2.2.1 正渗透膜的制备工艺流程21
• 2.2.2 正渗透膜渗透性能和结构表征方法21-23
• 2.2.3 数据分析23-24
• 第三章 传统二醋酸纤维素正渗透膜的研制24-38
• 3.1 引言24
• 3.2 实验部分24-25
• 3.2.1 实验试剂与仪器24
• 3.2.2 正渗透膜的制备24
• 3.2.3 正渗透膜的表征24-25
• 3.3 实验结果与讨论25-32
• 3.3.1 醋酸纤维素含量对膜性能的影响25-26
• 3.3.2 聚乙烯吡咯烷酮种类对膜性能的影响26-27
• 3.3.3 制孔剂含量对膜性能的影响27-28
• 3.3.4 添加剂含量对膜性能的影响28-29
• 3.3.5 支撑层目数对膜性能的影响29-30
• 3.3.6 后处理温度对膜性能的影响30-31
• 3.3.7 凝固浴温度对膜性能的影响31-32
• 3.4 正渗透膜结构与性能表征32-35
• 3.5 本章小结35-38
• 第四章 二醋酸纤维素/羧基化碳纳米管正渗透膜的研制38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 实验部分38-39
• 4.2.1 实验试剂与仪器38
• 4.2.2 羧基化碳纳米管分散性表征38
• 4.2.3 正渗透膜的制备38-39
• 4.2.4 正渗透膜渗透性能和结构表征39
• 4.3 羧基化碳纳米管的分散性表征39-40
• 4.4 实验结果与讨论40-43
• 4.4.1 羧基化碳纳米管含量对膜性能的影响40-41
• 4.4.2 后处理温度对膜性能的影响41-42
• 4.4.3 凝固浴温度对膜性能的影响42
• 4.4.4 支撑层目数对膜性能的影响42-43
• 4.5 正渗透膜结构与性能表征43-46
• 4.6 本章小结46-48
• 第五章 二醋酸纤维素/羟基化碳纳米管正渗透膜的研制48-58
• 5.1 引言48
• 5.2 实验部分48-49
• 5.2.1 实验试剂与仪器48
• 5.2.2 羟基化碳纳米管分散性表征48
• 5.2.3 正渗透膜的制备48-49
• 5.2.4 正渗透膜渗透性能和结构表征49
• 5.3 羟基化碳纳米管的分散性表征49-50
• 5.4 实验结果与讨论50-53
• 5.4.1 羟基化碳纳米管含量对膜性能的影响50-51
• 5.4.2 后处理温度对膜性能的影响51
• 5.4.3 凝固浴温度对膜性能的影响51-52
• 5.4.4 支撑层目数对膜性能的影响52-53
• 5.5 正渗透膜结构与性能表征53-56
• 5.6 本章小结56-58
• 第六章 正渗透膜在苦咸水淡化中的应用58-64
• 6.1 引言58
• 6.2 实验部分58-61
• 6.2.1 实验试剂与仪器58-59
• 6.2.2 溶液的配制59
• 6.2.3 正渗透膜性能表征59-61
• 6.3 实验结果与讨论61-62
• 6.3.1 正渗透膜水通量变化61
• 6.3.2 正渗透膜截留率变化61-62
• 6.4 本章小结62-64
• 第七章 结论与展望64-66
• 7.1 结论64-65
• 7.2 建议与展望65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 附录74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 Junseok Lee;Bongchul Kim;Seungkwan Hong;;Fouling distribution in forward osmosis membrane process[J];Journal of Environmental Sciences;2014年06期

2 孙本惠;;热力学及动力学因素对L-S相转化法制备非对称膜结构与性能的影响[J];膜科学与技术;2011年01期

3 李倩;许振良;吕洁;;凝固浴组成和温度对PVDF疏水微孔膜结构与性能的影响[J];高校化学工程学报;2010年02期

4 张召才;沈新元;;聚乙烯吡咯烷酮对聚醚砜膜结构和性能的影响[J];净水技术;2009年01期

  本文关键词：基于碳纳米管混合基质正渗透膜的制备及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：465075