基于埃洛石纳米管的纳滤膜及其分离性能研究

发布时间：2020-09-21 09:45

　　在生化、制药、印染等现代工业中常常出现含盐有机废水处理的实际问题,纳滤膜技术作为一种新型分离技术,已在该领域得到了广泛应用。埃洛石纳米管(HNTs)是一种天然硅酸盐矿物,中空管状结构且表面含有大量的-OH官能团,与常规的纳米粒子如碳纳米管、蒙脱石相比,具有更好的分散性,更适用于水处理。本文以埃洛石纳米管为材料,聚丙烯腈(PAN)膜为基膜,采用蒸发自组装及界面聚合的方法,制备用于含盐染料废水的纳滤膜。论文主要研究内容如下:(1)蒸发自组装m-Ag/HNTs/PAN纳滤膜制备及性能研究采用反复真空浸渍、高温煅烧的方法制备负载有银纳米颗粒(Ag NPs)的埃洛石纳米管(Ag/HNTs)纳米功能材料。然后用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)改性材料并与聚乙烯醇(PVA)溶液共混,通过蒸发自组装法制备m-Ag/HNTs/PAN纳滤膜。结果表明,Ag NPs可以在HNTs内外腔均匀负载,且m-Ag/HNTs可以定向排列于亲水性PAN基膜表面,控制m-Ag/HNTs的添加量可以调控选择层的厚度。所得m-Ag/HNTs膜具有良好的染料/盐分离性能和抗菌性能,其中m-Ag/HNTs-8膜综合性能最优,水通量为66.6 L·m~(-2)·h~(-1),铬黑T和甲基蓝的截留率分别为99.7%和96.8%,大肠杆菌抗菌性能为100%。(2)界面聚合m-HNTs/PAN TFN纳滤膜制备及性能研究采用PSS对HNTs进行改性,并将改性后的m-HNTs与单体哌嗪(PIP)、聚合物PVA混合制备水相溶液。为了避免在除去水相溶液时纳米颗粒的损失,先采用真空抽滤的方法获得缓冲层,再通过PIP和均苯三甲酰氯(TMC)之间的界面聚合构建掺入HNTs纳米粒子的聚酰胺选择性层,从而获得m-HNTs/PAN TFN纳滤膜。结果表明,PSS改性后的m-HNTs具有良好的分散性,且不影响HNTs固有纳米结构。所得m-HNTs/PAN TFN纳滤膜在广泛的pH范围(4-10)内带负电荷(pH=7,ζ=-83.8 mV),表面亲水性改善,且膜渗透通量均显著增加,Na_2SO_4截留率在97.5%以上。其中TFN-0.05膜具有优异的分离性能:在4 bar时,渗透通量为34.5 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1),Na_2SO_4截留率为97.8%,对比TFC膜通量提升78.6%,盐截留率未受影响,且具有良好的操作稳定性及抗污染性。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ051.893;X703
【部分图文】：

示意图,纳滤膜分离,原理,纳滤膜

3图 1.1 纳滤膜分离原理示意图re 1.1 Schematic diagram of the separation principle of nanofiltration mem纳滤膜分类纳滤膜表面的荷电性分类，根据纳滤膜中固定电荷的电性不同非荷电纳滤膜和荷电纳滤膜，其中荷电纳滤膜还可以分为荷电纳滤膜。根据荷电位置的不同，还可以分为表层荷电膜和整化生产的常为表层荷负电纳滤膜。按膜的结构特点分为非对。按照膜材料进行分类可以分为有机高分子纳滤膜、无机纳滤化膜。有机高分子纳滤膜高分子纳滤膜主要由多孔基膜和纳米级孔径的超薄复合层组

聚哌嗪酰胺,芳香聚酰胺,化学结构式,截留率

将足够量的 TMC 溶液与第一步 IP 膜接触以完成界面聚合。Polisetti等人[20]进行了系统研究以探索现有技术的纳滤膜的极限厚度，得到高通量膜：94L·m-2·h-1，MgSO4截留率为 84%，得到高选择性膜：26L·m-2·h-1，MgSO4截留率为 92%。

磺化聚醚砜,化学结构式

igure 1.3 (a)The schematic procedure for one-step and spray-assisted, 2-step interfapolymerization, (b)Schematic mechanism of a spray-assisted,2-step IP[19]（2）聚砜类（PSf）聚砜类纳滤膜的特征是分子主链上含有重复的砜基，属于热塑性树脂多数商品纳滤膜的支撑膜，主要包括聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、季铵。聚砜分子内重复苯环结构的存在，使其具有优异的介电性、机械强性、抗氧化性和化学稳定性，可在 1~13 的 pH 范围内连续稳定运行，一般是疏水性聚合物材料，通常需要进行改性以增加其亲水性。聚醚砜链醚键基结构的存在使材料的亲水性和柔韧性增加，对除浓 HNO4等强极性溶剂外的其他化学试剂相当稳定。对聚砜磺化改性后形成的砜化学结构式如图 1.4 所示，其亲水性、抗污染性及抗氧化性均显著提

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