纳米材料改性复合正渗透膜应用于脱盐过程

发布时间：2021-08-01 13:33

　　随着人口增长与社会经济的快速发展,世界面临着严重的水危机。膜脱盐法作为再生淡水资源的有效方法,在目前的水处理市场上十分流行。其中,正渗透（Forward Osmosis,FO）技术以膜两侧溶液的渗透压差为驱动力,使水自发地从渗透压低的原料液侧透过半透膜到达渗透压高的汲取液侧。理论上FO技术使用的汲取液产生的渗透压远大于反渗透技术中的外压,这使FO膜具有较高的通量性能。FO技术无需外压的特点使其具有低结垢性能与高膜寿命。此外,在合适的汲取液存在前提下FO技术可以实现低耗能的优势。但FO技术的进一步发展受到了三大因素的阻碍:内浓差极化、反向溶质扩散和膜污染、折衷效应。要想获得高效且性能稳定的FO膜,就必须对膜进行改性。在本文中我们首先通过单因素实验探索得到了制备FO膜的最佳工艺:聚砜18wt%、DMAc 73.6wt%、PEG400 8wt%、去离子水0.4wt%制备铸膜液,刮膜高度150?m,界面聚合后热处理温度60℃,热处理时间5min。将无机纳米材料掺杂到FO膜进行改性是一种简单有效、成本低且环境友好的方法,可以针对FO技术的三大局限因素进行改进。本文分别选择了亲水多孔纳米羟基磷灰石... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

正渗透与反渗透原理

青岛科技大学研究生学位论文5图1.2复合正渗透膜模型Figure1.2Compositeforwardosmosismembranemodel1.3.2.1支撑层制备膜支撑层的制备方法有层层组装法、相转化法、静电纺丝法等，不同方法各有优势，其中相转化法是制备复合正渗透膜常用的方法。浸没沉淀相转化过程要包括3个组分：聚合物、溶剂、非溶剂，其中溶剂与聚合物组成铸膜液，溶剂与非溶剂是互溶的。首先，将铸膜液倾倒在基板上，然后用刮刀将铸膜液刮成一定的厚度的液膜。本文使用的基板是玻璃板，也可以使用石英板或者四氟板。膜刮完之后，把附着于基板上面的铸膜液连同基板一并浸泡到非溶剂里面进行相转化。铸膜液接触到非溶剂后，非溶剂会扩散到铸膜液，铸膜液中的溶剂会扩散到非溶剂中。随着溶剂和非溶剂双向扩散的进行，体系的热力学不稳定性提高，发生液-液分相，最终铸膜液中富聚合物相固化成膜，贫聚合物相在其中成为孔结构。使用相转化制备TFCFO膜的过程简便，对设备要求低，适合工业化生产[16]。因此本文实验制备FO膜选择相转化法。1.3.3.2活性层制备目前在支撑层上合成致密薄层的方法主要有：浸涂、喷涂、旋转涂覆、界面聚合、原位聚合等。其中界面聚合法操作简单、反应迅速、制备的膜分离效率高，是制备TFCFO膜薄且致密的活性层的有效方法。界面聚合（InterfacialPolymerization）法是利用两种反应活性很高的单体在两种不互溶的溶剂界面处发生聚合反应，从而在多孔支撑层上沉积一个薄层的过程。通常选择间苯二胺（MPD)与均苯三甲酰氯（TMC）作为两种反应单体，选择去离子水作为水相溶解MPD，选择正己烷作为有机相溶解TMC。在多孔支撑层表面先后倒入水相和有机相，两种单体会在水油界面处快速反应生成一层致密的聚酰胺薄膜。一般来说，界面聚合结束后需要进行适当的热?

纳米材料改性复合正渗透膜应用于脱盐过程6图1.3界面聚合原理Figure1.3Principleofinterfaceaggregation1.3.3正渗透技术发展局限如前面所总结，FO技术有许多优势，有希望替代RO技术。然而现实中FO技术的商业化和进一步发展却十分缓慢。完整的FO工艺包括FO过程和汲取液回用过程，要想解决FO技术发展的问题，首先要解决局限它的两大因素：膜的选择和汲取液再生的能耗问题。1.3.3.1汲取液再生的能耗问题尽管近年来FO技术取得了进展，但要成功实施该技术仍需要克服一些挑战。大多数主流的报道都将FO定义为“低能耗过程”，实际上FO过程的能量消耗存在混淆。FO中的水自发渗透通过半透膜的事实并不意味着FO作为分离过程比其他膜过程更节能。事实上，FO不仅是一种分离过程，而且是一种分离和混合过程。原料液中的水分子穿过膜传输与汲取溶液混合以降低其化学势。为了获得作为产品的淡水，在FO过程之后需要进一步分离稀释的汲取溶液。也就是说，完整的正渗透工艺包括正渗透过程和汲取液回用两个部分。基于热力学原理和实际动力学要求，用FO进行脱盐的理论最小能量总是高于没有FO的脱盐，使用FO不能降低最小分离能量，比如FO-RO联用工艺比单独的RO工艺消耗更多的电能[18]。但这并不能说明FO技术在能耗上失去了优势。首先，与低成本热能的联用可以实现FO技术的低能耗特点。尽管与独立分离工艺（RO或其他方法）相比，采用FO技术不能降低最小分离能，但如果可以使用替代的低成本热能（发电厂废热、太阳能等）来为后续汲取液分离回用过程提供动力，则FO混合系统仍然可以节省能量成本，实现低能耗的优点。其次，FO技术更加适合应用于具有挑战的脱盐过程中。FO必须与汲取溶液再生过程配对，并且这些混合FO脱盐系统中研究最多的是FO-RO。混合型FO-R

【参考文献】：
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本文编号：3315618