抗污染高通量碳纳米管PVDF超滤膜制备及性能研究

发布时间：2020-09-26 19:07

　　 随着水资源短缺,水污染问题日益严重及水质标准逐渐提高的形势下,超滤技术因为具有分离效率高、消耗能量低、工艺简单、无需投加其他添加剂等诸多优点越来越受到重视。但是膜污染和膜寿命是超滤技术面临的两个主要问题,严重制约其推广应用。因此,本文采用共混改性方法,在铸膜液中添加两亲接枝共聚物PVDF-g-PEGMA和碳纳米管来改善PVDF超滤膜的亲水性能,提高膜的抗污染性和通量。首先,采用原子转移自由基聚合(Atomic Transfer Radical Polymerization,简称ATRP)的方法合成两亲接枝共聚物PVDF-g-PEGMA。通过相转化法,将PVDF与该接枝共聚物共混制备超滤膜,并借助电镜扫描仪(SEM)来观察膜形态;借助接触角仪测定其接触角;通过傅里叶红外光谱仪来分析膜的结构变化,揭示膜亲水性能的本质;采用水通量装置测其通量、污染通量。通过通量恢复率、截留率和牛血清蛋白吸附量等指标的计算,分析膜性能。PVDF-g-PEGMA/PVDF共混超滤膜的纯水通量为1382L/(m2·h),接触角为63.4℃,BSA吸附量为45.25μg/cm2。PVDF-g-PEGMA/PVDF共混超滤膜处理TOC浓度为13.26mg/L海藻酸钠水时,TOC的去除率为80.2%,通量为448L/(m2·h),清洗后的纯水通量为1112L/(m2·h),通量恢复率为80.4%。其次,在制备PVDF-g-PEGMA/PVDF膜的铸膜液中分别投加为0.00g、0.01g、0.02g和0.05g碳纳米管,重量比分别为0.00%、0.02%、0.04%和0.1%,研究碳纳米管对膜性能的影响。借助电镜扫描仪(SEM)观察膜形态;借助接触角仪和傅里叶红外光谱仪,研究碳纳米管对膜亲水性能的影响;通过通量、污染通量、通量恢复率、牛血清蛋白吸附量的测试,研究碳纳米管对膜通量和抗污染性能的影响。结果显示,投加不含官能团的碳纳米管对膜性能的影响不大,但对比投加四种重量比的膜,投加0.04wt.%碳纳米管所制备的超滤膜性能较好。PVDF-g-PEGMA/PVDF/0.04wt.%碳纳米管共混超滤膜的纯水通量为1394L/(m2·h),接触角为 62.6°,BSA 吸附量为 31μg/cm2。用 PVDF-g-PEGMA/PVDF/不同重量比碳纳米管共混超滤膜处理TOC浓度为13.26mg/L海藻酸钠水时,PVDF-g-PEGMA/PVDF/0.04wt.%碳纳米管共混超滤膜TOC的去除率为80.7%,通量为647L/(m2·h),清洗后的纯水通量为1125L/(cm2·h),通量恢复率为80.7%。然后,在制备PVDF-g-PEGMA/PVDF膜的铸膜液中分别投加含氨基、氧基、羟基、羧基四种官能团的碳纳米管和不含官能团的碳纳米管,研究不同官能团的碳纳米管对膜性能的影响。借助电镜扫描仪(SEM)来观察膜形态;借助接触角仪和傅里叶红外光谱仪,研究不同官能团的碳纳米管对膜亲水性能的影响;采用水通量装置测其通量、污染通量。通过通量恢复率、截留率和牛血清蛋白吸附量等指标的计算对膜的性能进行分析。结果显示,纯水通量为含羟基官能团的碳纳米管含羧基官能团的碳纳米管含氧基官能团的碳纳米管含氨基官能团的碳纳米管无官能团的碳纳米管;接触角为含羟基官能团的碳纳米管含羧基官能团的碳纳米管无官能团的碳纳米管含氧基官能团的碳纳米管含氨基官能团的碳纳米管;BSA吸附量为含羟基官能团的碳纳米管含羧基官能团的碳纳米管无官能团的碳纳米管含氧基官能团的碳纳米管含氨基官能团的碳纳米管。利用PVDF-g-PEGMA/PVDF/不同官能团碳纳米管共混超滤膜处理TOC浓度为13.26mg/L海藻酸钠水时,TOC的去除率为含羟基官能团的碳纳米管含羧基官能团的碳纳米管含氧基官能团的碳纳米管含氨基官能团的碳纳米管无官能团的碳纳米管;通量恢复率按大小排序为含羟基官能团的碳纳米管含氧基官能团的碳纳米管含氨基官能团的碳纳米管含羧基官能团的碳纳米管无官能团的碳纳米管。最后,分别用含羟基官能团的碳纳米管共混超滤膜和不含碳纳米管的共混超滤膜处理学校人工湖湖水,湖水中SS为234mg/L、浊度为4.72NTU、CODcr为34.67mg/L、高锰酸盐指数为18.624mg/L、UV254为0.054、氨氮为1.05。两种膜处理后通量恢复率分别为93.8%和 87%。
【学位单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.893;TU991.2
【部分图文】：

聚偏氟乙稀（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ；简称ＰＶＤＦ），１９４４年由Ｔ．Ａ，Ｆｏｒｄ等人制得，美逡逑国Ｐｅｎｎｗａｌｔ公司在１９６０年首先将其商品化［３９］。ＰＶＤＦ是偏氟乙烯聚合物，为白色结晶状逡逑［４（Ｍ３】，它的结构式如图１．２所示。结晶度为６０％—８０％，含氟量为５９％，密度为１．７５？逡逑１．７８ｇ／ｃｍ３0逡逑Ｈ逦Ｆ逡逑ｆ逦Ｉ逦Ｉ逦１逡逑逦ｃ—ｃ逦逡逑Ｌ逦｜逦｜」ｎ逡逑Ｈ逦Ｆ逡逑图１．２邋ＰＶＤＦ结构式逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋ＰＶＤＦ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑聚偏氟乙烯具有优良的机械性能、耐热性、抗辐射性及稳定的化学性等优点，（ｉ）机械逡逑性能良好，拉伸强度可高达５００ｋｇ／ｃｍ３，并且耐冲击、耐磨；（２）耐热性好，脆化温度为－６２°Ｃ，逡逑玻璃化温度为３９０°Ｃ，熔点为１７０°Ｃ，热分解温度高达３１６°Ｃ，因而它可在－４０－１５０°Ｃ的温逡逑度下被长期使用。（３）耐辐射性强，耐老化性能和抗紫外线能力优异，对波长２０００？４０００Ａ逡逑的紫外线辐照稳定。（４）化学稳定性良好，在室温条件下不会被酸、碱、强氧化剂和卤素腐逡逑蚀，对脂肪烃、芳香烃、醛、醇等有机溶剂稳定，只有发烟硫酸、强碱、醚、酮等可以使逡逑它形成胶状液或部分溶解，二甲基乙酰胺（ＤＭＡｃ）、强极性溶剂Ｎ－甲基毗咯烷酮（ＮＭＰ）、逡逑二甲基亚砜等也能够使它溶解或者形成胶状液［４４］。这些突出的特点使得ＰＶＤＦ成为一种理逡逑想的分离膜材料

第二章试验装置与分析方法逡逑２．１试验装置逡逑图２．１为刮膜机。将铸膜液沿刮刀均匀的倒在玻璃板上，启动刮膜机进行刮膜。逡逑扁逡逑卞．４＾—ｗ邋．．．邋“广

本文编号：2827372