海藻酸钙基水凝胶过滤膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-07-18 21:07

  本文关键词：海藻酸钙基水凝胶过滤膜的制备及其性能研究

  更多相关文章： 海藻酸钙水凝胶 过滤膜 抗污染 染料截留 重金属去除 染料吸附

【摘要】：采用紫外辐照共价交联和Ca2+交联相结合的方式成功制备了海藻酸钙／聚丙烯酰胺(CaAlg/PAM)水凝胶过滤膜,通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)等手段来对膜进行表征。通过对牛血清蛋白(BSA)溶液以及酵母菌悬浊液的过滤实验探究了CaAlg/PAM凝胶过滤膜的抗污染性能。考马斯亮蓝染料的截留实验表明CaAlg/PAM膜有作为纳滤膜的潜质。但是由于双网络结构水凝胶的膜合成工艺较复杂,且铸膜液粘度很大,不利于脱除气泡,很容易造成膜的一些缺陷,因此在随后的章节中重点讨论海藻酸钙基凝胶过滤膜。以PEG为致孔剂,采用离子交联的方式成功制备了海藻酸钙(CaAlg)水凝胶过滤膜。过滤膜的形貌和结构通过SEM. FTIR. TG等手段进行表征,同时采用拉伸实验测试了膜的机械强度。讨论了NaAlg和PEG浓度对膜纯水通量和溶菌酶通量的影响。结果表明,纯水通量随着过滤压力的增加呈现先升高后趋于稳定的趋势。NaAlg含量越低,PEG含量越高,CaAlg过滤膜的通量就越大。CaAlg过滤膜对BSA和乳化油表现出良好的抗污染性能。以PEG作为截留对象,当过滤液中的PEG分子量高于所用的致孔剂PEG的分子量时,膜对于PEG的截留率在90%以上。以PEG400为致孔剂制备的膜对于考马斯亮蓝的截留率接近100%,对于刚果红的截留率也能到99.5%以上。采用尿素作为致孔剂制备的CaAlg过滤膜具有纳滤性能。CaAlg纳滤膜亲水性好,接触角在2s内变为0。BSA溶液的稳定通量为其纯水通量的97.65%。在120 min内CaAlg过滤膜对于20 mg/L的单一Pb2+、Cu2+和Cd2+去除率高于99%。然而,对于三种离子的混合溶液,去除率去除率Pb2+Cu2+Cd2+。这一顺序与三种金属离子和NaAlg的结合强度顺序一致。用能谱(EDS)和X射线光电能谱(XPS)来检测重金属离子在海藻酸钙膜截面上的分布。结果表明,膜对于重金属离子的去除主要依赖于膜的吸附效应和与Ca2+的离子交换。通过在CaAlg凝胶基体中添加高岭土(Kaolin)粉末,合成了具有吸附能力的高岭土／海藻酸钙(K/CaAlg)复合过滤膜。通过FTIR和热重分析(TGA)来表征Kaolin和凝胶基体的相互作用。K/CaAlg复合膜对于BSA溶液和油水乳液表现出良好的抗污染性能,对不同分子量的染料呈现不同的截留率。通过不同染料的吸附,讨论了K/CaAlg复合膜的吸附动力学和吸附热力学,并对其吸附动力学和热力学模型进行分析。K/CaAlg膜在染料吸附后具有再生性能,可重复利用。
【关键词】：海藻酸钙水凝胶 过滤膜 抗污染 染料截留 重金属去除 染料吸附
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 膜分离技术概述11-13
• 1.1.1 膜处理技术原理11-12
• 1.1.2 膜技术最新进展12-13
• 1.2. 聚合物改性防止膜污染13-16
• 1.2.1 聚合物膜的共混改性13-14
• 1.2.2 聚合物膜的表面改性14-15
• 1.2.3 聚合物膜的界面润湿性15-16
• 1.3 膜污染16-19
• 1.3.1 膜过滤机理16
• 1.3.2 膜污染机理16-17
• 1.3.3 膜污染控制17-19
• 1.4 海藻酸的性能及其应用19-21
• 1.4.1 海藻酸概述19-20
• 1.4.2 海藻酸盐在生物医学的应用20-21
• 1.4.3 海藻酸钙凝胶的吸附性能21
• 1.5 课题的提出21-23
• 第二章 高抗污染海藻酸钙/聚丙烯酰胺凝胶过滤膜23-37
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验试剂和仪器24-25
• 2.3 CaAlg基水凝胶过滤膜的制备过程25-26
• 2.3.1 CaAlg/PAM水凝胶过滤膜的制备过程25
• 2.3.2 CaAlg水凝胶过滤膜的制备过程25-26
• 2.4 CaAlg/PAM水凝胶过滤膜的表征26-27
• 2.5 结果与讨论27-35
• 2.5.1 CaAlg/PAM纳滤膜的表面形貌27-28
• 2.5.2 FT-IR波谱分析28-29
• 2.5.3 热重分析(TG)分析29-30
• 2.5.4 不同压力下CaAlg/PAM过滤膜的纯水通量30-31
• 2.5.5 BSA抗污染性能31-33
• 2.5.6 酵母菌抗污染性能33-34
• 2.5.7 CaAlg/PAM凝胶过滤膜的染料截留34-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第三章 海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备表征以及过滤性能研究37-57
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验试剂和仪器38
• 3.3 CaAlg水凝胶过滤膜的形成过程38-39
• 3.4 水凝胶过滤膜的性能表征39-43
• 3.4.1 水凝胶过滤膜的理化性能测试39-41
• 3.4.2 水凝胶过滤膜的过滤性能测试41-43
• 3.5 结果与讨论43-55
• 3.5.1 UTDR检测成膜过程43-44
• 3.5.2 过滤膜的表面形貌表征44-45
• 3.5.3 CaAlg过滤膜的红外及热重分析45-46
• 3.5.4 CaAlg过滤膜的力学性能46-48
• 3.5.5 NaAlg浓度对CaAlg过滤膜过滤性能的影响48-50
• 3.5.6 致孔剂浓度对CaAlg过滤膜过滤性能的影响50-52
• 3.5.7 CaAlg膜的通量恢复率以及BSA抗污染性能52
• 3.5.8 CaAlg膜的油水乳液过滤性能52-53
• 3.5.9 CaAlg膜的分子量截留率53-54
• 3.5.10 PEG400制备的CaAlg过滤膜的染料分离性能54-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第四章 海藻酸钙膜对重金属离子的去除及富集57-69
• 4.1 引言57-58
• 4.2 实验试剂和仪器58
• 4.3 CaAlg水凝胶纳滤膜的制备过程58-59
• 4.4 水凝胶纳滤膜的性能表征59-61
• 4.4.1 CaAlg水凝胶纳滤膜的基本性能表征59-60
• 4.4.2 CaAlg水凝胶纳滤膜的过滤性能测试60
• 4.4.3 CaAlg纳滤膜对于重金属Cd~(2+)的富集60-61
• 4.5 结果与讨论61-67
• 4.5.1 CaAlg纳滤膜的表面形貌61
• 4.5.2 CaAlg纳滤膜的抗污染性能61-62
• 4.5.3 CaAlg纳滤膜对重金属离子的去除62-64
• 4.5.4 CaAlg纳滤膜的表层化学构成64
• 4.5.5 重金属离子在CaAlg纳滤膜基体中的分布情况64-67
• 4.5.6 CaAlg纳滤膜对Cd~(2+)的浓缩过程及过滤膜的后处理67
• 4.6 本章小结67-69
• 第五章 高岭土/海藻酸钙复合膜的制备表征以及过滤性能研究69-79
• 5.1 引言69
• 5.2 实验试剂和仪器69-70
• 5.3 高岭土海藻酸钙(K/CaAlg)复合凝胶膜的制备过程70
• 5.4 高岭土及K/CaAlg水凝胶复合膜的表征70-71
• 5.4.1 基本性能表征70-71
• 5.4.2 过滤性能测试71
• 5.5 结果与讨论71-76
• 5.5.1 高岭土粒子粒径分析71-72
• 5.5.2 K/CaAlg-150复合膜的表面形态72
• 5.5.3 FTIR波普分析72-73
• 5.5.4 K/CaAlg-150复合膜热重分析73-74
• 5.5.6 K/CaAlg复合膜的力学性能74
• 5.5.7 不同条件下的K/CaAlg复合膜对甲基橙的截留性能74-75
• 5.5.8 K/CaAlg复合膜的抗污染性能75-76
• 5.5.9 K/CaAlg复合膜对于不同染料的过滤性能76
• 5.6 本章小结76-79
• 第六章 高岭土/海藻酸钙复合膜的吸附性能研究79-89
• 6.1 引言79-80
• 6.2 实验试剂和仪器80
• 6.3 K/CaAlg水凝胶复合膜的吸附性表征80-81
• 6.4 结果与讨论81-87
• 6.4.1 K/CaAlg复合膜对于不同染料的吸附动力学81-83
• 6.4.2 K/CaAlg复合膜对于不同染料吸附热力学83-85
• 6.4.3 K/CaAlg复合膜厚度对于染料吸附性能的影响85-87
• 6.4.4 复合膜厚度染料吸附再生性能87
• 6.5 本章小结87-89
• 第七章 全文总结89-91
• 参考文献91-103
• 硕士期间发表论文、专利及参加科研情况103-105
• 致谢105

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本文编号：559735