PVDF基FO膜的制备及其性能研究

发布时间：2020-06-19 15:12

【摘要】：近年来,薄层复合(TFC)膜作为一种高效、节能和低污染的分离膜,受到研究者们的广泛热捧。目前,对于TFC膜的研究主要从三方面进行:支撑层、选择层和汲取液。本论文主要致力于前两方面进行研究。通过向铸膜液中添加亲水性的纳米材料,例如氧化碳纳米管(O-MWCNTs)、凹土(AT)和碳管接枝的聚六亚甲基双胍盐酸盐(M-PHMB)来改善聚偏氟乙烯(PVDF)固有的疏水性问题,来提高支撑层的亲水性和渗透性能,同时对界面聚合的进行起到一定的促进作用,来提高薄层复合(TFC)膜的渗透性能和截留性能。另一方面,为了形成更加致密,性能优异的TFC膜,通过向胺溶液中添加表面活性剂来降低水相溶液的界面张力来促进界面聚合反应进行的程度,从而得到性能优异的TFC膜。首先,通过对多壁碳纳米管(MWCNTs)混酸氧化的方式制备O-MWCNTs,在表面接枝大量的羧基(-COOH)基团,将亲水性优异的AT和功能化O-MWCNTs引入PVDF基质中,通过改善底物亲水性,可以形成无缺陷的聚酰胺(PA)层,提高TFC膜的渗透性性能。研究了两种纳米填料的单一掺杂和两者共混对制备的支撑层亲水性、膜形态、孔隙率和机械强度的影响。结果表明,制备了亲水性、多孔性和高通量的支撑层,相应的TFC膜具有更好的水通量和选择性。综上所述,TFC膜FO-MAC的水通量()较好,分别为20.37 LMH和28.23LMH和较低的反向盐通量()为6.5和9.5gMH在正渗透(FO)模式(选择层对着原料液,AL-FS)和压力阻滞渗透(PRO)模式(选择层对着汲取液,AL-DS)。汲取液和进料液分别为2M NaCl水溶液和去离子水。其次,在上一章节的基础上,在O-MWCNTs的表面接枝亲水性的聚六亚甲基双胍盐酸盐(PHMB),制备、合成了M-PHMB。制备好的M-PHMB作为添加剂加到铸膜液中,制备性能优异、亲水性好的支撑层。系统研究了M-PHMB的添加量对支撑层的孔径、孔隙率、厚度以及亲水性等性能,以及与支撑层相对应的TFC膜的水通量、反向盐通量和截盐率等性能。综上所述,随着M-PHMB添加量的提高,复合膜支撑层的渗透性能、亲水性和孔隙率都有所提高。此外,亲水性和多孔隙的支撑层是制备性能优异的TFC膜的基础。本章研究,制备最优的TFC膜为M-PHMB添加量为0.5wt%的TFC膜,在PRO模式和FO模式下,改性的TFC膜的水通量分别为19.69 LMH和13.56 LMH(汲取液和原料液分别为1M NaCl溶液和去离子水),与纯膜M0相比,反向盐通量较低。最后,通过在MPD胺溶液中加入不同的表面活性剂来优化界面聚合反应进行的程度,成功地制备了表面活性剂改性的TFC膜。主要研究了不同表面活性剂(Tween 80、SDS、CTAC和CTAT)、不同浓度CTAT加入到胺溶液中经界面聚合反应制备的TFC膜的性能,测试了不同胺溶液的表面张力、表面粗糙度膜的形貌以及正渗透性能。综上所述,制备的TFC膜表面粗糙度得到提高,膜表面的PA选择层得到优化,膜表面的自由体积增加,这些都有利于TFC膜获得更高的渗透性能。改进后的TFC膜的水通量提高到31.75 LMH和21.68LMH(PRO模式和FO模式)。此外,胺溶液较低的表面张力的降低有助于形成均匀、无缺陷和较粗糙的PA层,从而实现较高的盐排斥和较低的反盐通量(),分别为0.91 gMH和1.58 gMH(FO模式和PRO模式)。
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ051.893
【图文】：

示意图,原理,示意图,水分子

靠分离膜的选择透过性实现溶液中不膜、纳滤膜、薄层复合（TFC）正渗透膜透膜在分离过程中仅允许水分子通过广泛应用于海水淡化处理技术中[13, 动膜，通过膜两侧的渗透压差实现水自发地从原料液侧向汲取液测转移[1述义及原理用稀释侧(feed solution，FS)与浓缩侧is pressure，OP）差，使水分子从 FS 然间普遍存在[14, 18]。其基本原理

操作模式,层膜,示意图,溶质

海师范大学硕士学位论文第 1 章绪；当汲取液对着活性层时，即为 AL-DS（active layer-draw solution）[48, 4操作模式为 AL-FS 时，由于 FS 端的水分子在 OP 差的作用下通过 PA 选择入 TFC 膜的支撑层时，稀释了支撑层膜孔内溶质的浓度，导致两者的 OP降，水的推动力下降，这种现象即为稀释型内浓差极化（D-type ICP）。又因选择层对盐的截留不可能达到 100%，当操作模式为 AL-DS 时，从 DS 端的溶质会在支撑层膜孔内会得到积累，从而使得支撑层膜孔内溶质的浓度升种现象即为浓缩的内浓差极化（C-type ICP）。研究发现，D-type ICP 对 T的渗透性能的影响比 C-type ICP 的要大得多，这是由于水分子的渗透导致两有效OP差降低非常明显，所以TFC膜在AL-DS 模式下的通量通常比在AL要大得多[50-53]。

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