基于多孔有机聚合物聚酰胺纳滤膜的制备及分离性能研究

发布时间：2020-05-05 07:58

【摘要】：纳滤膜作为一种以压力为驱动力的新型分离技术,具有能耗低,分离效率高等优点,已有效广泛的应用于海水脱盐、石油化工、能源、食品、环境、医药、水处理等领域。界面聚合法因其操作简单和易于控制等优点已经成为制备复合纳滤膜的最有效的方法,在纳滤膜领域发挥着不可替代的作用。界面聚合法所制得的膜对二价盐及多价盐有着优异的截留效果,因此在废水处理,医药,食品等领域都有着广泛地应用。然而传统的界面聚合法制备出的薄膜往往通量较低,高压操作下又会引起能耗的增加。因此,本论文旨在将二维多孔有机聚合物材料引入到界面聚合中,通过对聚酰胺层的调控进而实现复合纳滤膜的改性。论文主要研究内容如下:(1)基于HAzo-POP3的聚酰胺纳滤膜采用冰水浴法,在温和条件下,水溶液中的芳基三/二胺与三/二酚发生偶氮偶联反应,设计并合成了一种基于多苯环的多孔有机聚合物材料(o-hydroxy azo-hierarchical porous organic polymers(HAzo-POPs))。通过扫描电子显微镜,透射电子显微镜,原子力,傅里叶红外光谱、粉末X射线衍射和氮气吸脱附等手段对材料进行表征,证明其多羟基的二维结构和多孔的性能。其多孔性和大π键的共轭结构,使得HAzo-POPs作为二维材料在界面聚合膜应用上有着独特的调控作用。与难溶的二维COFs相比,HAzo-POPs具有强的亲水效果在水中有优异的分散性,使得它能更好地应用在水处理上。以聚丙烯腈(PAN)作为底膜,以无水哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为水相和油相单体,同时在水相中添加不同浓度的HAzo-POP3材料,通过界面聚合的方法制备PA-POP3有机杂化荷负电纳滤膜。结果表明,HAzo-POP3材料的添加有效提高了膜的水通量,在0.4 MPa下,水通量达到了22.6 L m~-22 h~-11 bar~(-1);制备出的纳滤膜呈现明显的荷负电性,其中对Na_2SO_4的截留率达到了97.3%,具有优异的脱盐效果。(2)基于o-POP的聚酰胺纳滤膜将不同浓度的o-POP复合材料分散到含PIP单体的水相溶液中,以PAN作基膜,以无水哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为水相和油相单体,通过界面聚合的方法制备PA-o-POP有机杂化荷负电纳滤膜,采用一些列的表征手段对膜形貌和结构,膜表面电性以及膜孔径进行分析研究,结果表明:o-POP片层材料的存在能够大大提高纳滤膜的水通量且具有较高的盐截留。在0.4 MPa下,水通量达到了29.9 L m~(-2)h~(-1)bar~(-1),对于Na_2SO_4的截盐率达到了97.5%。这项工作克服了传统界面聚合纳滤膜水通量和盐截留间的制约关系。
【图文】：

绪论与气体分离膜材料类似，trade-off 效应对纳滤膜的渗透性和选择性有一定的影响。根据膜材料的不同，纳滤膜可由高分子材料和无机材料制备而成。高分子材料主要有：纤维素类[6]，聚砜类[7]，聚酰胺类[8]等，图 1.1 展示了聚酰胺-酰亚胺的化学结构。

根据膜材料的不同，纳滤膜可由高分子材料和无机材料制备而成。高分子材料主要有：纤维素类[6]，聚砜类[7]，聚酰胺类[8]等，图 1.1 展示了聚酰胺-酰亚胺的化学结构。图 1.1 聚酰胺-酰亚胺的化学结构（出自文献 8）Figure 1.1 The chemical structures of polyamide-imide (from reference 8)无机陶瓷材料例如碳化硅、二氧化钛、氧化铝等在有机溶剂中比较稳定，，能承受恶劣的温度条件。这使得它们成为用于开发纳滤膜的优良材料。陶瓷膜通常包含有至少两个多孔层组成的不对称结构。图 1.2 展示了无机陶瓷材料与MOFs 材料结合在膜处理废水中的 Pb 的应用[9]。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：2649791