基于金属-有机骨架自清洁膜的制备及染料分离性能研究
发布时间：2021-02-28 10:40
膜分离技术以其分离效率高、能耗低、生态友好等优点,已成为传统分离方法（吸附、蒸馏等）的一种有前景的替代方法。目前,膜分离技术已经广泛应用于化工,能源,食品,医疗,环保等方面。尽管膜技术取得了很大的进步,但分离过程中的膜污染问题严重影响了膜的分离性能和使用寿命,有效解决膜污染问题仍是目前亟待解决并具有挑战性的课题。本论文将具有光催化性能的金属有机骨架材料引入到分离膜中,通过对MOFs负载量的调控优化膜的渗透分离性能,使改性后的膜具有良好的自清洁和抗菌性能,旨在有效解决膜污染问题。论文主要研究内容如下:（1）基于MIL-125（Ti）的自清洁膜本章采用相转化法制备具有自清洁和染料分离性能的MIL-125（Ti）/PVDF膜。其中,MIL-125（Ti）通常是在紫外光照射下实现对有机物的光催化降解,而负载MIL-125（Ti）的自清洁膜能够实现在自然光下有效降解罗丹明B。原因是在染料截留过程中Rh B染料分子会被物理吸附至MIL-125（Ti）孔道内,导致MIL-125（Ti）发生敏化,进而使光催化波长范围发生红移、促进了电子转移以及空穴（h+）和超氧自由基（?O
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
对称和非对称膜结构示意图[9]
绪论5图1.2膜分离技术示意图[1]Figure1.2Schematicdiagramofthemembraneseparationtechnology[1]除去以上分类方法，按照分离机理可将膜分为：选择性膜、非选择性膜、扩散性膜、离子交换膜。还可按照分离过程将膜分为：反渗透膜、正渗透膜、分离膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。综上所述，在膜分离法处理废水的过程中，可依照不同要求选定相应膜类型进行相关探索。1.3.3膜制备目前，在水处理过程中常用的制膜方法有相转化法、多孔基膜表面改性法、界面聚合法、抽滤法等。（1）相转化法：首次采用相转化法制膜是在1963年，由Loeb和Sourirajan[15]制得的醋酸纤维素膜（CA），这次成功使聚合物膜在工业上的广泛应用成为现实，并且成为最简捷有效的成膜方法之一。相转化可以从改变热力学性质所采用的方法不同而分为：热致相转化法、溶剂蒸发相转化法、气相沉积相转化法以及浸入沉淀相转化法四种。在这些方法中浸入沉淀相转化法是目前最常用的方法之一，这种方法是通过将制备好的铸膜液浸入到分散相中而制备成的膜。相转化制膜过程包括分相阶段和相转化阶段。在分相阶段，在将铸膜液浸泡在分散相后，这时铸膜液中的溶剂开始与分散相中的非溶剂进行溶剂交换。在这个过程中，铸膜液热力学性能非常不稳定，因此使得铸膜液在分相中固化成膜。在这个阶段是膜孔道形成的主要阶段。相转化是膜形态和结构形成的重要阶段，在这个阶段主要包括膜孔道的凝聚，所用聚合物的富相固化以及相间流动。相转化方法简单快捷，但是影响因素也十分复杂，其中铸膜液的组成、物质浓度、
绪论6以及成铸膜液在外部的停留时间、分相液温度也会直接或间接影响膜的结构和性能。如图1.3是Zhang等[16]采用相转化的制膜方法所制备的MoS2-PSBMA/PES混合基质膜，该实验采用反向合成原子转移自由基聚合方法对二硫化钼材料进行改性，进而探索改性后的MoS2-PSBMA对膜形态，亲水性，通量和分离性能的影响，研究结果表明改性后的两性离子疏松纳滤膜具有良好的染料截留效果，另外膜的亲水性也有了较大提升。这说明了相转化膜在分离工业上纺织废水方面有良好的应用前景，但由于有些溶剂会引起聚合物聚集，进而破坏膜结构，因此相转化制膜往往会在溶剂选择上受限。图1.3相转化制备MoS2-PSBMA/PES混合基质膜过程[16]Figure1.3PreparationprocessoftheMoS2-PSBMA/PESmixedmatrixmembrane[16]（2）多孔膜表面改性法：以多孔膜表面改性进行制膜的方法主要包括表面涂覆法和表面接枝法。其中表面涂覆法是将带有特定官能团（羟基、羧基等亲水基团）的聚合物涂覆于基膜上，这种方法可以用来调整膜孔径、膜亲水性、膜荷电性和膜表面粗糙度等[17]。为了进一步提高纳滤膜的性能，表面涂覆法目前已经被广泛应用于制备疏松纳滤膜。VanderBruggen[18]等人在2004年提出了疏松纳滤膜的概念，这种膜对染料存在较高的截留率，而对无机盐较低的截留率，进而实现染料和盐的有效分离，与此同时还具备较高的水渗透通量。除此之外，如图1.4，Wang等[19]采用CuSO4/H2O2作为引发剂，将仿生粘附聚多巴胺和聚（乙烯亚胺）快速共沉积在PAN基膜表面，制备出电中性疏松纳滤膜。结果表明添加PEI后，表面粗糙度变低、亲水性好、电荷相对中性等综合性能得到增强。PDA和PEI共沉积1h后产生的最佳膜具有令人满意的极高通量（26.2
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫化镉-二氧化钛/分子筛复合光催化材料制备及性能研究[J]. 徐元盛,李建伟,马炎,李国旺,张茂亮,单雪强. 无机盐工业. 2019(06)
[2]耐污染性复合纳滤膜制备技术研究进展[J]. 李红宾,石文英,朱红英,王薇,苏玉恒,张海霞. 水处理技术. 2016(06)
[3]一步温和水热法制备具有改善光催化活性和稳定性的碳包覆CdS纳米粒子（英文）[J]. 邹帅,伏再辉,向超,吴文锋,汤森培,刘亚纯,尹笃林. 催化学报. 2015(07)
[4]石墨烯复合材料的研究及其应用[J]. 任成,王小军,李永祥,王建龙,曹端林. 现代化工. 2015(01)
[5]光催化膜反应器在污废水处理中的应用研究进展[J]. 张爱勇,肖羽堂,吕晓龙,高冠道. 现代化工. 2006(10)
[6]二醛交联PVA/PAN复合膜的渗透汽化脱水性能[J]. 余立新,陈翠仙,张立平,蒋维钧. 膜科学与技术. 2000(02)
本文编号：3055733
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
对称和非对称膜结构示意图[9]
绪论5图1.2膜分离技术示意图[1]Figure1.2Schematicdiagramofthemembraneseparationtechnology[1]除去以上分类方法，按照分离机理可将膜分为：选择性膜、非选择性膜、扩散性膜、离子交换膜。还可按照分离过程将膜分为：反渗透膜、正渗透膜、分离膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。综上所述，在膜分离法处理废水的过程中，可依照不同要求选定相应膜类型进行相关探索。1.3.3膜制备目前，在水处理过程中常用的制膜方法有相转化法、多孔基膜表面改性法、界面聚合法、抽滤法等。（1）相转化法：首次采用相转化法制膜是在1963年，由Loeb和Sourirajan[15]制得的醋酸纤维素膜（CA），这次成功使聚合物膜在工业上的广泛应用成为现实，并且成为最简捷有效的成膜方法之一。相转化可以从改变热力学性质所采用的方法不同而分为：热致相转化法、溶剂蒸发相转化法、气相沉积相转化法以及浸入沉淀相转化法四种。在这些方法中浸入沉淀相转化法是目前最常用的方法之一，这种方法是通过将制备好的铸膜液浸入到分散相中而制备成的膜。相转化制膜过程包括分相阶段和相转化阶段。在分相阶段，在将铸膜液浸泡在分散相后，这时铸膜液中的溶剂开始与分散相中的非溶剂进行溶剂交换。在这个过程中，铸膜液热力学性能非常不稳定，因此使得铸膜液在分相中固化成膜。在这个阶段是膜孔道形成的主要阶段。相转化是膜形态和结构形成的重要阶段，在这个阶段主要包括膜孔道的凝聚，所用聚合物的富相固化以及相间流动。相转化方法简单快捷，但是影响因素也十分复杂，其中铸膜液的组成、物质浓度、
绪论6以及成铸膜液在外部的停留时间、分相液温度也会直接或间接影响膜的结构和性能。如图1.3是Zhang等[16]采用相转化的制膜方法所制备的MoS2-PSBMA/PES混合基质膜，该实验采用反向合成原子转移自由基聚合方法对二硫化钼材料进行改性，进而探索改性后的MoS2-PSBMA对膜形态，亲水性，通量和分离性能的影响，研究结果表明改性后的两性离子疏松纳滤膜具有良好的染料截留效果，另外膜的亲水性也有了较大提升。这说明了相转化膜在分离工业上纺织废水方面有良好的应用前景，但由于有些溶剂会引起聚合物聚集，进而破坏膜结构，因此相转化制膜往往会在溶剂选择上受限。图1.3相转化制备MoS2-PSBMA/PES混合基质膜过程[16]Figure1.3PreparationprocessoftheMoS2-PSBMA/PESmixedmatrixmembrane[16]（2）多孔膜表面改性法：以多孔膜表面改性进行制膜的方法主要包括表面涂覆法和表面接枝法。其中表面涂覆法是将带有特定官能团（羟基、羧基等亲水基团）的聚合物涂覆于基膜上，这种方法可以用来调整膜孔径、膜亲水性、膜荷电性和膜表面粗糙度等[17]。为了进一步提高纳滤膜的性能，表面涂覆法目前已经被广泛应用于制备疏松纳滤膜。VanderBruggen[18]等人在2004年提出了疏松纳滤膜的概念，这种膜对染料存在较高的截留率，而对无机盐较低的截留率，进而实现染料和盐的有效分离，与此同时还具备较高的水渗透通量。除此之外，如图1.4，Wang等[19]采用CuSO4/H2O2作为引发剂，将仿生粘附聚多巴胺和聚（乙烯亚胺）快速共沉积在PAN基膜表面，制备出电中性疏松纳滤膜。结果表明添加PEI后，表面粗糙度变低、亲水性好、电荷相对中性等综合性能得到增强。PDA和PEI共沉积1h后产生的最佳膜具有令人满意的极高通量（26.2
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫化镉-二氧化钛/分子筛复合光催化材料制备及性能研究[J]. 徐元盛,李建伟,马炎,李国旺,张茂亮,单雪强. 无机盐工业. 2019(06)
[2]耐污染性复合纳滤膜制备技术研究进展[J]. 李红宾,石文英,朱红英,王薇,苏玉恒,张海霞. 水处理技术. 2016(06)
[3]一步温和水热法制备具有改善光催化活性和稳定性的碳包覆CdS纳米粒子（英文）[J]. 邹帅,伏再辉,向超,吴文锋,汤森培,刘亚纯,尹笃林. 催化学报. 2015(07)
[4]石墨烯复合材料的研究及其应用[J]. 任成,王小军,李永祥,王建龙,曹端林. 现代化工. 2015(01)
[5]光催化膜反应器在污废水处理中的应用研究进展[J]. 张爱勇,肖羽堂,吕晓龙,高冠道. 现代化工. 2006(10)
[6]二醛交联PVA/PAN复合膜的渗透汽化脱水性能[J]. 余立新,陈翠仙,张立平,蒋维钧. 膜科学与技术. 2000(02)
本文编号：3055733
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