基于多孔功能材料的高性能纳滤膜的制备与应用
发布时间：2021-11-14 19:39
作为一种新兴膜技术,纳滤（NF）具有绿色、高效、低能耗等优势,迅速成为一种颇具前景的废水处理技术。然而,当前市售聚合物纳滤膜渗透通量较低,这意味着需要更大的膜面积以及更高的成本投入。因此,亟需制备一种具有高通量、高截留率的纳滤膜。本论文首先由多孔功能材料MCM-41出发,经3-氨丙级三乙氧基硅烷（APTES）修饰制得NH2-MCM-41,并将其填充至聚酰亚胺（PI）中制备NH2-MCM-41/PI混合基质膜。结果表明,NH2-MCM-41与PI发生化学交联,提高了多孔材料与聚合物两相间的相容性;同时,MCM-41的介孔性质为溶剂扩散提供了额外传输通道,大幅降低了溶剂跨膜传输阻力;此外,改性后的MCM-41含有亲水基团-NH2,亦促进了极性分子（水和醇类）的传输。填充量对该混合基质膜性能具有重要影响,当填充量为5wt%时,其分离效果达到最佳;与纯PI膜相比,水通量、乙醇通量和异丙醇通量分别提高102%、78%和131%,且截留率与纯膜基本一致。在连续运行50h过程中,NH2-MCM-41/PI混合基质膜分离性能稳定,具有较为优异的长期运行稳定性。其次,采用原位溶剂热合成法,在表面修饰后的...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２纳滤膜分离形式：（ａ）死端过滤，（ｂ）错流过滤??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：?（ａ）?ｄｅａｄ－ｅｎｄ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，?（ｂ）?ｃｒｏｓｓ－ｆｌｏｗ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ??
?北京化工大学硕士学位论文???的厚度来调节纳滤膜的渗透通量以及选择性，而底部指状孔结构主要起机械支撑作用；??薄层复合纳滤膜包括下层超滤基底和上层致密皮层两部分，两部分由不同的材质构成，??通常是首先获得超滤基底，然后起选择分离作用的致密皮层通过特定的方法构筑。其??中，整体非对称纳滤膜主要制备方法为Ｌ－Ｓ相转化法，薄层复合纳滤膜则通过界面聚??合法、层层自组装法、表面涂覆法和表面接枝法等复合法制备。??ａ＞?ｂ）?（Ｄｅｎｓｅ?ｔｏｐ?ｌａｙｅｒ）??图１－３纳滤膜结构：（ａ）整体非对称纳滤膜，（ｂ）薄层复合纳滤膜??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ：?（ａ）?Ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ?ｓｋｉｎｎｅｄ?ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ?（ＩＳＡ）?ＮＦ??ｍｅｍｂｒａｎｅ，?（ｂ）?Ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?（ＴＦＣ）?ＮＦ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??１＿２丄１?Ｌ－Ｓ相转化法??Ｌ－Ｓ相转化法是一种应用范围较广的制膜方法［１５］，最早由Ｓｏｕｒｉｒａｊａｎ和Ｌｏｅｂ于??１９６０ｓ发明使用。其方法为首先将制膜材料和添加剂按照特定比例和浓度溶入溶剂中??充分搅拌制得均质聚合物溶液即铸膜液，随后通过流涎、刮涂或者纺丝等方法制得平??板膜或者中空纤维膜，再将膜沉浸入非溶剂浴（常用水或者乙醇），此时溶剂分子与非??溶剂分子发生快速的传质交换，改变了其热力学状态，进而相分离得到固态膜［１６］。其??中，连续的聚合物富相转化为膜的基体，而散的聚合物贫相转化为膜内部的孔隙。??通常为了增强膜的机械性能，常将铸膜液刮涂在无纺布上。这种方法操作相对简单，??条件温和，
苯二胺（ＰＰＤ）、间苯二胺（ＭＰＤ）和哌嗪（ＰＩＰ）等；而有机相单体??多采用酰氯等，比如均苯三甲酰氯（ＴＭＣ）、对苯二甲酰氯（ＴＣ）和间苯二甲酰氯（１Ｃ）??等［＾９］。两种单体都具有极高的反应活性和聚合速率，通常在数分钟乃至数秒内完成??聚合反应［２（）］。可以通过调节单体的种类与浓度、反应时间以及后续处理的温度与方法??来优化最终选择皮层的结构，获得高渗透通量高选择性的复合膜［２１］。??水相溶液??超滤基底?Ｉ沉浸入??聚酰胺复合层?油相溶液Ｉ油相拾液??一繞??图１－４界面聚合制备纳滤膜??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｂｙ?ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ??１．２．１．３层层自组装法??层层自组装法［２２］主要是依靠正、负两种材料通过静电作用交替装配在带电基膜上??而制备纳滤膜的一种方法，同时也配合有氢键作用、配位效应、疏水作用、生物特异??性结合等相互作用力。其操作方法和界面聚合类似，首先将带电基膜在其中一种聚电??解质的溶液浸泡一定时间，后取出擦拭去多余的液体，再浸泡在另一种聚电解质的溶??液中，循环交替多次。除了浸泡方法之外，目前还存在喷涂、旋涂、电场强化等多种??工艺。通过改变循环的次数，可以精确调控纳滤膜的厚度以及膜表面电荷密度的分布，??进而来优化纳滤膜的结构［２３］。同时，基膜的材质，聚电解质的浓度和种类也是改变最??终膜性能的关键因素。这种方法不涉及有机溶剂的使用，绿色环保，但是往往需要循??环多次，因此制备效率是需要考量的一种重点，另外膜表面是通过静电作用等作用力??组装而成，这也给膜的稳
【参考文献】：
期刊论文
[1]Polymer-based membranes for solvent-resistant nanofiltration: A review[J]. Siow Kee Lim,Kunli Goh,Tae-Hyun Bae,Rong Wang. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(11)
本文编号：3495235
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２纳滤膜分离形式：（ａ）死端过滤，（ｂ）错流过滤??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：?（ａ）?ｄｅａｄ－ｅｎｄ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，?（ｂ）?ｃｒｏｓｓ－ｆｌｏｗ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ??
?北京化工大学硕士学位论文???的厚度来调节纳滤膜的渗透通量以及选择性，而底部指状孔结构主要起机械支撑作用；??薄层复合纳滤膜包括下层超滤基底和上层致密皮层两部分，两部分由不同的材质构成，??通常是首先获得超滤基底，然后起选择分离作用的致密皮层通过特定的方法构筑。其??中，整体非对称纳滤膜主要制备方法为Ｌ－Ｓ相转化法，薄层复合纳滤膜则通过界面聚??合法、层层自组装法、表面涂覆法和表面接枝法等复合法制备。??ａ＞?ｂ）?（Ｄｅｎｓｅ?ｔｏｐ?ｌａｙｅｒ）??图１－３纳滤膜结构：（ａ）整体非对称纳滤膜，（ｂ）薄层复合纳滤膜??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ：?（ａ）?Ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ?ｓｋｉｎｎｅｄ?ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ?（ＩＳＡ）?ＮＦ??ｍｅｍｂｒａｎｅ，?（ｂ）?Ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?（ＴＦＣ）?ＮＦ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??１＿２丄１?Ｌ－Ｓ相转化法??Ｌ－Ｓ相转化法是一种应用范围较广的制膜方法［１５］，最早由Ｓｏｕｒｉｒａｊａｎ和Ｌｏｅｂ于??１９６０ｓ发明使用。其方法为首先将制膜材料和添加剂按照特定比例和浓度溶入溶剂中??充分搅拌制得均质聚合物溶液即铸膜液，随后通过流涎、刮涂或者纺丝等方法制得平??板膜或者中空纤维膜，再将膜沉浸入非溶剂浴（常用水或者乙醇），此时溶剂分子与非??溶剂分子发生快速的传质交换，改变了其热力学状态，进而相分离得到固态膜［１６］。其??中，连续的聚合物富相转化为膜的基体，而散的聚合物贫相转化为膜内部的孔隙。??通常为了增强膜的机械性能，常将铸膜液刮涂在无纺布上。这种方法操作相对简单，??条件温和，
苯二胺（ＰＰＤ）、间苯二胺（ＭＰＤ）和哌嗪（ＰＩＰ）等；而有机相单体??多采用酰氯等，比如均苯三甲酰氯（ＴＭＣ）、对苯二甲酰氯（ＴＣ）和间苯二甲酰氯（１Ｃ）??等［＾９］。两种单体都具有极高的反应活性和聚合速率，通常在数分钟乃至数秒内完成??聚合反应［２（）］。可以通过调节单体的种类与浓度、反应时间以及后续处理的温度与方法??来优化最终选择皮层的结构，获得高渗透通量高选择性的复合膜［２１］。??水相溶液??超滤基底?Ｉ沉浸入??聚酰胺复合层?油相溶液Ｉ油相拾液??一繞??图１－４界面聚合制备纳滤膜??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｂｙ?ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ??１．２．１．３层层自组装法??层层自组装法［２２］主要是依靠正、负两种材料通过静电作用交替装配在带电基膜上??而制备纳滤膜的一种方法，同时也配合有氢键作用、配位效应、疏水作用、生物特异??性结合等相互作用力。其操作方法和界面聚合类似，首先将带电基膜在其中一种聚电??解质的溶液浸泡一定时间，后取出擦拭去多余的液体，再浸泡在另一种聚电解质的溶??液中，循环交替多次。除了浸泡方法之外，目前还存在喷涂、旋涂、电场强化等多种??工艺。通过改变循环的次数，可以精确调控纳滤膜的厚度以及膜表面电荷密度的分布，??进而来优化纳滤膜的结构［２３］。同时，基膜的材质，聚电解质的浓度和种类也是改变最??终膜性能的关键因素。这种方法不涉及有机溶剂的使用，绿色环保，但是往往需要循??环多次，因此制备效率是需要考量的一种重点，另外膜表面是通过静电作用等作用力??组装而成，这也给膜的稳
【参考文献】：
期刊论文
[1]Polymer-based membranes for solvent-resistant nanofiltration: A review[J]. Siow Kee Lim,Kunli Goh,Tae-Hyun Bae,Rong Wang. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(11)
本文编号：3495235
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