聚丙烯腈基疏松纳滤膜的制备及其性能研究
发布时间：2020-10-09 22:29
在中国,每年23.7亿吨印染废水的直接排放严重威胁着生态环境和人类身体健康,这些废水中不仅含有大分子的有机物(一般为染料、浆料、油剂和纤维),还有大量的无机盐(一般为Na_2CO_3、Na_2SO_4和NaCl)。在使用传统商业纳滤膜处理过程中,二价的无机盐(Na_2CO_3和Na_2SO_4)和染料分子(常见的为活性红和刚果红)的截留率都比较高(R90%),这不仅会降低被截留染料的质量,还会增加染料和无机盐的回收难度。因此,本课题通过制备疏松纳滤膜来实现染料和电解质的分离,探究了所制备的膜在印染废水中的脱盐效果和其长期稳定性,主要研究内容如下:(1)采用接枝共聚策略制备了用于分离染料和无机盐的儿茶酸 壳聚糖疏松纳滤膜。以维生素和双氧水为引发剂,用环境友好型物质儿茶酸对壳聚糖进行接枝,并将接枝物通过静电作用层积到水解的聚丙烯腈(HPAN)基底上。同时,用红外(FT IR)、电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和电位仪来观察所制备膜的微观结构和元素组成。研究结果表明,在最优条件下制备的膜对结晶紫为98.5%,通量高达72 L m~(-2) h~(-1) MPa~(-1),并且该膜对无机盐的截留率如下:R_(Na2 SO4)(4.8%)R_(NaCl)(12.5%)RMgS O4(15.8%)RMgCl2(16.2%)。同时,在60 h的过滤实验中,该膜还表现出了良好的稳定性。此外,在染料纯化实验中,NaCl的去除率高达82%,而染料损失率只有10%。(2)采用螯和辅助原位自组装法制备了用于染料脱盐的维生素E琥珀酸酯(VES) 聚乙烯亚安(PEI)疏松纳滤膜。通过在HPAN超滤表面静电吸引Ag~+ PEI螯合物模板层,并原位生长VES功能化的AgCl颗粒来制备疏松纳滤膜。探究了该膜的制备条件、分离性能和稳定性。结果表明合成的纳米颗粒均匀地分布在膜表面,并且和聚合物PEI有着很好的兼容性,这使得膜通量提高了将近50%。在最优条件下制备的膜对结晶紫的截留率高达99.2%,渗透通量为106.5 L m~(-2) h~(-1)MPa~(-1),并且该膜对无机盐的截留顺序为:RMg Cl_2(6.2%)RNaCl(8.3%)RMgSO_4(9.6%)R_(Na2 SO4)(12.8%)。同时,在不同的料液浓度、料液pH值和操作压力下,VES/AgCl PEI疏松纳滤膜都具有优异的染料脱盐能力。此外,较低的Ag~+释放率(2.84%)和60 h的过滤实验表明该膜具有良好的稳定性。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;TQ051.893
【部分图文】：
图 1-1 PES、PAN、CA 和 PVDF 的分子结构图Fig. 1-1 The molecular structure of PES、PAN、CA and PVDF.图 1-2 L-S 相转化法制备 PAN 膜示意图Fig. 1-2 The preparation process of the PAN membrane by L-S phase inversio2 界面聚合法界面聚合法是在水-油两相界面处发生聚合或缩合反应形成薄膜的过种常用来制备商品聚酰胺纳滤膜的方法[4]。具体操作如下：首先，将底（一般为 PAN、PSF 和 PVDF 超滤膜）浸入含氨基（一般为间苯二[5]
-3-图 1-2 L-S 相转化法制备 PAN 膜示意图Fig. 1-2 The preparation process of the PAN membrane by L-S phase inversion. 界面聚合法界面聚合法是在水-油两相界面处发生聚合或缩合反应形成薄膜的过程，是常用来制备商品聚酰胺纳滤膜的方法[4]。具体操作如下：首先，将多孔的（一般为 PAN、PSF 和 PVDF 超滤膜）浸入含氨基（一般为间苯二甲胺、烯亚胺、哌嗪、聚苯胺和三乙胺[5]）或酚羟基（常见有单宁酸、多巴胺与二酚[6]）等基团的单体水溶液中，静置一段时间后取出烘干。然后，将覆相单体的基底浸泡到有机溶液（一般为含有均苯三甲酰氯或戊二醛的正己液）中，充分接触一段时间后取出。最后，对该基底进行热处理，可在多基底上形成小于 0.5 μm 的致密的聚酰胺或聚酯等分离层，图 1-3 是以 PA膜为基底，间苯二胺水溶液为水相和均苯三甲酰氯的正己烷溶液为油相来
图 1-3 界面聚合法制备 PAN 为基底的复合纳滤膜Fig. 1-3 The preparation steps of the PAN-based composite NF membrane by interfacialpolymerization..3.3 层层自组装法层层自组装法是在 1966 年 R.K.Iler 等人将带相反电荷的纳米颗粒层积在玻璃板上发展起来的技术，常被运用到复合纳滤膜的制备上[8]，其原理是通过子之间的静电作用力、共价键和氢键等在基底上交替层积聚合物，然后进行热处理。近几年，人们通过静电自组装制备了超滤膜或微滤膜为基底的高性能的复合纳滤膜，正电荷聚合物一般含有氨基，在酸性条件下容易质子化，转变带正电荷，常见为壳聚糖、聚乙烯亚胺和聚吡啶等高分子有机物，负电荷聚合物一般含有羧基，例如聚丙烯酸和氧化石墨烯。图 1-4 展示了在水解的 PAN 基底上交替层积正电荷的聚乙烯亚胺和负电荷的氧化石墨的流程，所制备的分层的厚度和致密程度可以通过聚合物的相对分子质量、浓度和组装层数来控制[9]。
本文编号：2834295
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;TQ051.893
【部分图文】：
图 1-1 PES、PAN、CA 和 PVDF 的分子结构图Fig. 1-1 The molecular structure of PES、PAN、CA and PVDF.图 1-2 L-S 相转化法制备 PAN 膜示意图Fig. 1-2 The preparation process of the PAN membrane by L-S phase inversio2 界面聚合法界面聚合法是在水-油两相界面处发生聚合或缩合反应形成薄膜的过种常用来制备商品聚酰胺纳滤膜的方法[4]。具体操作如下：首先，将底（一般为 PAN、PSF 和 PVDF 超滤膜）浸入含氨基（一般为间苯二[5]
-3-图 1-2 L-S 相转化法制备 PAN 膜示意图Fig. 1-2 The preparation process of the PAN membrane by L-S phase inversion. 界面聚合法界面聚合法是在水-油两相界面处发生聚合或缩合反应形成薄膜的过程，是常用来制备商品聚酰胺纳滤膜的方法[4]。具体操作如下：首先，将多孔的（一般为 PAN、PSF 和 PVDF 超滤膜）浸入含氨基（一般为间苯二甲胺、烯亚胺、哌嗪、聚苯胺和三乙胺[5]）或酚羟基（常见有单宁酸、多巴胺与二酚[6]）等基团的单体水溶液中，静置一段时间后取出烘干。然后，将覆相单体的基底浸泡到有机溶液（一般为含有均苯三甲酰氯或戊二醛的正己液）中，充分接触一段时间后取出。最后，对该基底进行热处理，可在多基底上形成小于 0.5 μm 的致密的聚酰胺或聚酯等分离层，图 1-3 是以 PA膜为基底，间苯二胺水溶液为水相和均苯三甲酰氯的正己烷溶液为油相来
图 1-3 界面聚合法制备 PAN 为基底的复合纳滤膜Fig. 1-3 The preparation steps of the PAN-based composite NF membrane by interfacialpolymerization..3.3 层层自组装法层层自组装法是在 1966 年 R.K.Iler 等人将带相反电荷的纳米颗粒层积在玻璃板上发展起来的技术，常被运用到复合纳滤膜的制备上[8]，其原理是通过子之间的静电作用力、共价键和氢键等在基底上交替层积聚合物，然后进行热处理。近几年，人们通过静电自组装制备了超滤膜或微滤膜为基底的高性能的复合纳滤膜，正电荷聚合物一般含有氨基，在酸性条件下容易质子化，转变带正电荷，常见为壳聚糖、聚乙烯亚胺和聚吡啶等高分子有机物，负电荷聚合物一般含有羧基，例如聚丙烯酸和氧化石墨烯。图 1-4 展示了在水解的 PAN 基底上交替层积正电荷的聚乙烯亚胺和负电荷的氧化石墨的流程，所制备的分层的厚度和致密程度可以通过聚合物的相对分子质量、浓度和组装层数来控制[9]。
【参考文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 李克丽;界面聚合法制备高效液相色谱手性固定相的研究[D];云南师范大学;2018年
2 张聪;静电层层自组装法制备PAN/PEI/GO液体分离膜及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
本文编号：2834295
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2834295.html
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