系列海水淡化用聚酰胺反渗透复合膜材料单体的合成

发布时间：2020-10-16 06:39

　　 二十一世纪是一个水资源严重缺乏的时代，广大陆地上天然的洁净水源的日益减少，与此同时，占地球表面70%的广大海洋中却拥有着大量的海水，开发利用海洋水资源，以支持社会的持续发展，已成为当务之急。 人类发展海水淡化技术已有上百年的历史，尤其近几十年间，各种海水淡化技术层出不群，应用最多的有蒸馏法和反渗透法。蒸馏法是应用最早，也最成熟的方法，包括了多级闪蒸（MSF），低温多效蒸馏（MED）和压气蒸馏（VC）等多种技术。反渗透法从上世纪七十年代开始逐渐进入工业化阶段。反渗透法相比于其它海水分离方法具有显著的优点：水的相态不变，无需加热，设备简单，效率高，占地小，操作方便、能耗少，等等。2000年前，以上三种应用最多的海水淡化技术分别占有海水淡化市场总量的62%、31%和4%。近年来，由于国际上能源的紧张，燃料和金属的价格大幅上涨。同时，随着各种与反渗透压海水淡化相关的技术不断发展和成熟，反渗透法生产纯水成本已经大大低于其它方法。现在反渗透法已逐渐取代蒸馏法成为最具有竞争力和发展前途的一种海水淡化技术。国际上，反渗透海水淡化技术最先进的国家是美国和日本。我国是全世界最缺水的25个国家之一。解决水资源贫乏的最有效方法就是海水淡化，对于岛屿和沿海城市来说更是如此。在我国，对反渗透海水淡化技术的研究尽管开始的很早，但由于种种原因，未能得到重视和发展，现今只是掌握了别国已过时的醋酸纤维素膜海水淡化技术，国内仅有的在建的PA反渗透膜海水淡化工厂，所 WP=92 用技术也是从外国引进的二流技术。我国海水淡化事业的发展已因技术问题而受到极大的影响。因此，发展拥有自主知识产权的PA反渗透膜海水淡化技术已成为我国在本领域的研究人员的工作重点。反渗透法海水淡化技术中的核心技术是制造出性能超群的海水淡化用反渗透膜。完成这一技术攻关项目的一个主要方面就是，掌握反渗透膜性能和材料的关系，从众多的材料中寻找出一系列优质材料，并以之设计制造出性能优异的反渗透膜来。为此我们在总结膜材料与其性能关系的基础上，选择、设计了四种典型的PA膜用单体，并对其合成方法进行了详细研究，选择制备一系列的海水淡化反渗透复合膜用单体，并详细研究其高效的合成路线，为高效海水淡化反渗透复合膜的后续研究进程以及将来的中试生产打好技术和物质基础。 作为发展反渗透膜海水淡化工业的基础 ， 我们的工作目标是在研究一种高效的性能稳定的海水淡化用反渗透复合膜前，解决有关膜材料单体的选择和合成技术问题。为此我们研究并合成了四种典型的PA单体：5-异腈酸酯间苯二甲酰氯、顺式-1，3，5-环已三甲酸、1，3，5-均苯三胺、反式-1，4-环已二胺。 它们代表了四类优秀的PA反渗透膜用单体，并在许多成功的商品化反渗透膜中都有应用。 5-异腈酸酯间苯二甲酰氯　　代表了含异腈酸酯基的交联型单体，它的特点是在聚合物中引入脲基，改变了撮合膜皮层的亲水性，提高了界面聚合效率增加了聚合物强度。可使界面聚合时减少酸吸收剂的量，对提高聚合度，增加对皮层孔隙率和孔径的控制都有很大作用。 通过对已有合成方法和类似化合物合成方法文献资料的研究总结，我们首次以草酰氯、在常压、100度左右合成了目标化合物，并达到了中等产率。同时详细研究了影响反应的各种因素，提出了可能的反应机 WP=93 理。该项方法在用于其它类似的合成时，也取得了很好的效果。该方法与已有的合成方法相比，具有毒性小，反应的可控性高，反应条件简单等特点。 cis,cis-1，3，5-环已三甲酸　　代表了脂环类交联型单体，它是热力学稳定态，它的三酰氯用于反渗透膜的制备可以在不明显降低其强度的情况下改善膜的柔韧性。 通过对各种催化体系的研究，选用Rh/C和水催化氢化还原了1,3,5-均苯三甲酸，产率达到95%，并详细研究了反应产物中顺反异构体的分离方法，对反应过程中的各种条件对反应的影响作了详细的探索，开展了初步的放大实验，为以后可能的批量生产提供了宝贵的经验。 1，3，5-均苯三胺　　经典的交联型三胺单体，它在许多已商品化的PA反渗透复合膜中都有成功的应用。 通过三条不同的路线合成了均苯三胺，并对三条路线的优劣进行了评价。认为由3,5-二硝基苯甲酰氯经叠氮化、酸性分解、催化还原为当前的最佳合成路线。基综合产率达到60以上。通过对反应中的各项条件加以研究优化，增加了反应有安全性，减少了试剂的浪费。选用催化活性适中的Pd/C作为合成目标产物一步的催化剂、乙酸乙酯为溶剂，高纯度、高产率地获得了目标产物。 对目标产物和重要的中间产物3,5-二硝基苯胺进行了较详细的讨论，说明1,3,5-均苯三胺易于在空气中被氧化特性和优良的水溶解性，使其难于从水反应体系中分离。3,5-二硝基苯胺在加热情况下的不稳定性，使其不适合于在碱性的反应体系中制备，只能在酸性条件下制备。长期来看，由硝基化合物还原仍是合成1,3,5-均苯三胺的最好方法。 对反应中出现的各种现象和副产物形成的原因做出了合理的解释。这里可能的副反应有三种：均三异腈酸酯在水存在下的自聚、3,5-二硝 WP=94 基苯胺的二聚以及3,5-二硝基苯胺催化加氢时
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2004
【中图分类】：P747
【文章目录】：
目录
第一章 前 言
    1.1 海水淡化简介
    1.2 反渗透膜技术
        1.2.1 发展历史简述:
        1.2.2 反渗透膜的分离机理
        1.2.3 反渗透膜的主要性能参数
        1.2.4 反渗透膜的制备方法和形成机理
    1.3 典型的膜材料
        1.3.1 对反渗透膜的要求
        1.3.2 典型的反渗透膜材料
        1.3.3 反渗透膜材料结构与膜性能之间的关系
    1.4 本论文工作的意义、内容及选题背景
        1.4.1 21世纪严重的水危机使得发展反渗透膜水处理技术具有十分重大的社会经济意义
        1.4.2 研究背景
        1.4.3 工作内容
    参考文献
第二章 5-异氰酸酯间苯二甲酰氯
    2.1 文献综述
    2.2 结果及讨论
        2.2.1 反应路线的确定
        2.2.2 反应条件的优化
        2.2.3 产品的表征分析
        2.2.4 该方法用于类似化合物的合成结果
    2.3 实验部分
        2.3.1 试剂来源及处理:
        2.3.2 分析仪器:
        2.3.3 所需仪器设备名称及规格:
        2.3.4 合成过程
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 cis,cis-1,3,5-环己三甲酸的合成
    3.1 文献综述
    3.2 合成方法研究
        3.2.1 对两种思路中的几种典型方法进行了文献重复
        3.2.2 反应条件的优化
        3.2.3 产物中顺反异构体的分离方法的研究
        3.2.4 反应放大实验
        3.2.5 产品分析表征分析
    3.3 实验部分
        3.3.1 实验中所用试剂及来源:
        3.3.2 样品分析所用的分析仪器:
        3.3.3 实验设备、仪器:
        3.3.4 实验过程
    3.4 本章小结
    参考文献:
第四章 1，3，5-均苯三胺的合成
    4.1 文献总结
    4.2 结果讨论
        4.2.1 三条合成路线的优劣比较
        4.2.2 反应条件的优化
    4.3 实验部分
        4.3.1 原料
        4.3.2 分析检测方法和有关仪器
        4.3.3 实验中所使用的设备和仪器
        4.3.4 实验过程
    4.4 本章小结
    文献目录:
第五章 Trans-1，4-环已二胺的合成
    5.1 文献综述
    5.2 实验结果及讨论
        5.2.1 两条合成路线的优劣比较
        5.2.2 反应条件的优化
        5.2.3 反应的放大实验
        5.2.4 最终产品分析检测
    5.3 实验部分
        5.3.1 本实验中所用的药品及其来源如下表:
        5.3.2 样品分析检测方法
        5.3.3 本实验中所使用的仪器设备如下表
        5.3.4 实验操作过程
    5.4 本章小结
    文献目录
摘 要
Abstract
Keyword
致 谢

【参考文献】

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本文编号：2842912