碱性体系再生纤维素膜制备及凝胶浴的影响

发布时间：2020-09-10 15:02

　　膜分离技术在各行各业中的应用越来越广泛,尤其近几十年来膜技术的发展异常迅速。在膜技术领域,无论是从实际的工业应用还是科研学术角度来看,膜制备都是一个研究热点。目前,膜材料是以石油化工类有机高分子为主,随着应用的领域越来越广泛,日积月累,会产生棘手的白色污染问题,势必会对环境造成危害。此外,石油等化石资源属于不可再生资源,在日渐衰竭。因此,寻求来源丰富、价格低廉、环境友好型膜材料,对未来的膜技术发展具有重要的意义。本文采用浸没沉淀相转化法制备天然高分子纤维素膜,同时对纤维素膜的形貌和结构进行全面的表征,探究纤维素膜的成膜机理;考察纤维素高分子的分子量、铸膜液中纤维素高分子的浓度、纤维素膜的厚度等对膜的纯水通量以及机械强度的影响,并探究凝胶浴组分对纤维素膜的形貌和结构的影响。通过三联平板膜超滤测试系统、扫描电镜(SEM)、分子截留量测试、孔隙率测试、拉伸强度测试等手段,对纤维素膜进行表征。具体结果总结如下。浸没沉淀法制备纤维素膜的条件为:纤维素原料采用棉短绒纸浆板,平均相对分子质量为10.1×10~4 Da,铸膜液纤维素浓度为4wt%,调控刮刀的高度为250μm,凝胶浴采用乙醇。此条件下制备而成的纤维素膜属于超滤膜,水通量为76.66 LMH,机械强度测试,最大拉伸应力为1.85 MPa。纤维素膜成膜机理:铸膜液与凝胶浴之间发生传质交换作用,使得纤维素膜形成多孔结构,而传质扩散的速率对纤维素膜的形貌、结构有显著影响。在凝胶浴中,如果破坏了均一稳定的纤维素水溶液体系,就会发生相变,致使纤维素溶液发生相变形成海绵状多孔结构。本文探究了在去离子水、乙醇、异辛烷三种凝胶浴中的成膜行为,前两者会发生相变行为,异辛烷凝胶浴中,不会成膜,仍然保持均一稳定的纤维素水溶液形态。而在乙醇和去离子水两种凝胶浴条件下,可能由于乙醇分子较大,水分子较小,凝胶浴渗透到高分子中的速率不一,在去离子水中的成膜速率要比乙醇中快得多,形成的纤维素膜结构,通过SEM进行表征,也更为致密,纯水通量为21.72 LMH,如此相比,乙醇凝胶浴中成膜的纯水通量为76.66 LMH。凝胶浴组分对纤维素膜的形貌和结构的影响:我们发现采用不同含量的乙醇水溶液作为凝胶浴进行膜制备,对膜的纯水通量,截留分子量以及孔隙率有较大的影响,凝胶浴组分中乙醇含量为40%时,纤维素膜的纯水通量最大(266 LMH)。孔隙率测试,纯水中成膜纤维素膜为2.95%,乙醇含量为40%时出现峰值3.46%,乙醇中成膜孔隙率为2.51%。分子截留量测试表明,改变纤维素膜的凝胶浴条件,水通量发生显著变化,然而膜的截留性能几乎一致。因此,水通量的变化可能是孔隙率的变化引起。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ051.893
【部分图文】：

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图 1-1 膜分离过程示意图工业应用的突破在于非对称膜的发展，这种膜由一层非常致密的顶层（厚度 0.1-0.5 微米）和厚度为 50-150 微米的多孔支撑层组成。复合膜有在保持水通的同时具有超高的选择性。如图 1-2 所示，非对称聚砜超滤膜的截面图，非对构清晰可见。对于复合膜而言，物质传输的截留性能完全取决于超薄的顶层（

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非对称聚砜超滤膜截面

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膜分离过程示意图

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