芳香聚酰胺反渗透复合膜表面接枝壳聚糖（CS）及其性能研究

发布时间：2017-08-09 01:08

  本文关键词：芳香聚酰胺反渗透复合膜表面接枝壳聚糖（CS）及其性能研究

  更多相关文章： 壳聚糖 聚酰胺反渗透复合膜 表面接枝 耐氧化 抗污染 脱硼酸

【摘要】：芳香聚酰胺反渗透复合膜是目前市场上反渗透膜的主流产品,它具有高脱盐率、高机械强度、使用范围广、成本低廉等优势,在各行各业中发挥着越来越重要的作用。然而芳香聚酰胺反渗透膜本身的一些缺陷会影响膜的使用效果,如反渗透膜抗污染能力较差,耐氧化性能较低以及对硼酸小分子脱除性能不佳等缺点,通过对反渗透膜片表面改性处理,使得膜片表面分离层得到功能化改性,是提高芳香聚酰胺反渗透复合膜抗污染耐氯等性能的有效方法。本论文主要研究了以壳聚糖(CS)为功能材料,在原有芳香聚酰胺反渗透膜片表面进行接枝改性,获得具有更好综合性能的反渗透复合膜。研究中分别采用过硫酸钾引发接枝和戊二醛链接接枝两种手段,将壳聚糖接枝到芳香聚酰胺反渗透复合膜表面,对于接枝膜片进行了多种手段的化学表征。采用ATR-FTIR研究膜表面化学组成变化;采用SEM、AFM观察膜片表面形貌;运用Zeta电位测定仪对膜片表面流动电位进行表征;运用接触角测定仪表征膜片的表面亲水性。在研究过程中,采用错流试验测试法对反渗透膜片的分离性能以及抗污染性能进行评价,采用活性氯静态浸泡法研究复合膜膜片的耐氧化效果,采用甲亚胺-H酸光度法研究膜片的脱硼酸小分子性能。研究结果如下:(1)实验研究采用两种不同的方法将壳聚糖接枝于聚酰胺反渗透复合膜表面,分别是过硫酸钾引发接枝法和戊二醛链接接枝法。红外光谱(FTIR)显示,采用过硫酸钾可以成功将壳聚糖接枝于聚酰胺反渗透膜表面,接枝改性后膜片表面亲水性增强,降低了膜片表面电量,膜片表面粗糙度有所增加。膜片改性后通量有所下降但对于NaCl的截留率有明显提高。同样运用ATR-FTIR能够证明戊二醛可以将壳聚糖接枝于聚酰胺反渗透膜片表面。改性后膜片亲水性增强,膜片表面电量降低且膜表面粗糙度增加。(2)对两种接枝改性膜片进行抗污染实验,分别用三种污染物(BSA、SDS、DTAB)对膜片进行污染发现,过硫酸钾接枝膜片和戊二醛链接接枝膜片对BSA和SDS、DTAB均显示出优于原始膜片的抗污染性能。(3)对两种接枝改性膜片进行抗氧化实验,采用次氯酸钠溶液浸泡处理法对膜片进行氧化实验,通过测试处理后膜片对于NaCl的截留率判断反渗透膜的抗氧化性能。结果发现,过硫酸钾改性接枝膜片在经过36000 ppm·h次氯酸钠溶液处理后,原始膜片脱盐率下降了16.5%,改性后膜片仅下降了2.4%;戊二醛链接接枝膜片在经过36000 ppm·h次氯酸钠溶液处理后,原始膜片脱盐率下降了16.5%,改性膜片仅下降了1.9%。改性后膜片显示出优越的耐氧化性能,且戊二醛链接接枝改性膜片效果更好。(4)对两种改性膜片进行脱硼酸实验测试,研究过程中采用甲亚胺-H酸光度法测试聚酰胺反渗透膜片对于硼酸的脱除率。相比较于原始反渗透膜片,两种改性膜片均表现出更优的脱硼效果。经过过硫酸钾改性处理后,壳聚糖接枝聚酰胺膜的脱硼率相比较于原膜提高了19.6%;经过戊二醛改性处理后,壳聚糖接枝聚酰胺膜的脱硼率提高了40.5%。
【关键词】：壳聚糖 聚酰胺反渗透复合膜 表面接枝 耐氧化 抗污染 脱硼酸
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-34
• 1.1 分离膜技术应用现状13-14
• 1.2 反渗透膜应用中遇到的问题14-21
• 1.2.1 芳香聚酰胺反渗透复合膜污染问题14-16
• 1.2.2 芳香聚酰胺反渗透复合膜氧化问题16-19
• 1.2.3 芳香聚酰胺反渗透复合膜脱除硼酸问题19-21
• 1.3 芳香聚酰胺反渗透复合膜接枝改性21-32
• 1.3.1 等离子引发接枝法22-23
• 1.3.2 光引发接枝法23-24
• 1.3.3 链接-转移接枝法24-27
• 1.3.4 氧化还原引发接枝法27-30
• 1.3.5 初生态聚酰胺膜接枝法30-32
• 1.4 论文研究意义和主要内容32-34
• 1.4.1 研究意义32-33
• 1.4.2 主要内容33-34
• 第二章 实验部分34-45
• 2.1 实验仪器设备与原料试剂34-36
• 2.2 芳香聚酰胺复合膜表面接枝改性方法36-38
• 2.3 芳香聚酰胺复合膜的表征38-41
• 2.3.1 傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征38
• 2.3.2 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）表征38-39
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）表征39
• 2.3.4 静态接触角测定39-40
• 2.3.5 膜表面流动电位测定40-41
• 2.4 复合膜分离性能评价41-42
• 2.5 复合膜抗污染性能研究42-43
• 2.6 聚酰胺反渗透复合膜耐氯性能研究43
• 2.7 聚酰胺反渗透复合膜脱硼酸性能研究43-45
• 第三章 过硫酸钾引发接枝壳聚糖45-70
• 3.1 复合膜表面性质研究46-54
• 3.1.1 红外光谱（FTIR-ATR）46-48
• 3.1.2 场发射扫描电镜（FE-SEM）48-49
• 3.1.3 原子力扫描显微镜（AFM）49-52
• 3.1.4 Zeta电位52-54
• 3.1.5 复合膜表面接触角测定54
• 3.2 复合膜分离性能研究54-58
• 3.2.1 CS浓度对分离性能的影响55
• 3.2.2 K_2S_2O_8浓度对分离性能的影响55-57
• 3.2.3 热处理温度对分离性能的影响57
• 3.2.4 热处理时间对分离性能的影响57-58
• 3.3 复合膜耐氯性能研究58-61
• 3.4 复合膜抗污染性能研究61-65
• 3.4.1 牛血清蛋白污染实验61-62
• 3.4.2 十二烷基硫酸钠污染实验62-64
• 3.4.3 十二烷基三甲基溴化铵污染实验64-65
• 3.5 聚酰胺反渗透复合膜脱硼酸性能研究65-68
• 3.5.1 pH条件对于硼酸脱除效果的影响65-66
• 3.5.2 进料液硼酸浓度对于硼酸脱除效果的影响66-67
• 3.5.3 进料液NaCl浓度对于硼酸脱除效果的影响67-68
• 3.6 小结68-70
• 第四章 戊二醛链接接枝壳聚糖70-94
• 4.1 复合膜表面性质研究71-78
• 4.1.1 红外光谱（FTIR-ATR）71-72
• 4.1.2 场发射扫描电镜（FE-SEM）72-73
• 4.1.3 原子力扫描显微镜（AFM）73-76
• 4.1.4 Zeta电位76-78
• 4.1.5 复合膜表面接触角测定78
• 4.3 复合膜分离性能研究78-82
• 4.3.1 CS浓度对分离性能的影响79-80
• 4.3.2 GA浓度对分离性能的影响80-81
• 4.3.3 热处理温度对分离性能的影响81
• 4.3.4 热处理时间对分离性能的影响81-82
• 4.4 芳香聚酰胺反渗透复合膜耐氯性能研究82-85
• 4.5 芳香聚酰胺反渗透复合膜抗污染性能研究85-89
• 4.5.1 牛血清蛋白（BSA）污染实验85-87
• 4.5.2 十二烷基硫酸钠（SDS）污染实验87-88
• 4.5.3 十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）污染实验88-89
• 4.6 芳香聚酰胺反渗透复合膜脱硼酸性能研究89-92
• 4.6.1 pH条件对于硼酸脱除效果的影响89-90
• 4.6.2 进料液硼酸浓度对于硼酸脱除效果的影响90-91
• 4.6.3 进料液NaCl浓度对于硼酸脱除效果的影响91-92
• 4.7 小结92-94
• 第五章 结论与展望94-97
• 5.1 结论94-96
• 5.2 展望96-97
• 参考文献97-106
• 致谢106-107
• 攻读硕士学位期间发表的论文107

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