亲水性聚合物改性无机材料/聚砜超滤膜制备与性能研究
发布时间：2023-02-07 16:33
超滤分离技术具有环境友好、分离效率高、适应性强等特点,已被广泛地应用于水处理领域。但由于传统超滤膜亲水性差、容易污染,其在生产运行中存在能耗高、不易清洗和管理复杂等问题。利用不同类型的无机材料作为添加剂对传统聚合物膜进行掺杂改性是一种能够改善膜材料亲水性、增强膜渗透性能、降低膜污染的有效策略。然而,将无机材料直接加入到有机聚合物杂化膜中时仍存在一定的瓶颈问题。例如,氧化石墨烯(GO)等无机纳米材料添加剂直接用于杂化膜制备时,常因添加剂分散性差、易团聚等问题导致杂化膜表面产生缺陷,进而使杂化膜的过滤及分离效能降低;介孔硅材料(SBA-15)等孔状添加剂直接应用时,添加剂的有效孔道结构往往会受到膜本体聚合物的干扰,从而消弱了介孔材料添加剂对杂化膜渗透性能的贡献。为克服以上问题,本文采用亲水性聚合物接枝的方式对GO、介孔SBA-15两种无机添加剂进行表面改性,从而增强两种添加剂在杂化膜中的性能表现。通过表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)的方法,在GO表面接枝了亲水性聚合物单体甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGMA),成功地制备了改性氧化石墨烯(GO-g-P(PEGMA))添加剂。以聚砜(...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 日益凸显的水污染问题
1.1.2 饮用水水质标准的提高
1.1.3 常用的水处理工艺
1.2 超滤技术的发展与前沿
1.2.1 超滤技术在饮用水处理领域的应用
1.2.2 超滤膜污染及控制方法
1.3 杂化超滤膜添加剂
1.3.1 有机材料添加剂
1.3.2 无机材料添加剂
1.4 氧化石墨烯与介孔SBA-15 添加剂
1.4.1 氧化石墨烯纳米添加剂
1.4.2 介孔SBA-15 添加剂
1.5 无机材料添加剂的亲水化改性
1.5.1 亲水化改性的优势
1.5.2 亲水性聚合物改性
1.5.3 聚乙二醇及其衍生物
1.6 无机添加剂直接应用所存在的问题
1.7 课题研究目的和意义
1.8 主要研究内容
第2章 材料与方法
2.1 实验试剂与检测仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器设备
2.1.3 实验装置
2.2 亲水性聚合物改性无机材料的制备
2.2.1 改性氧化石墨烯的制备
2.2.2 改性介孔SBA-15 的制备
2.3 杂化超滤膜的制备
2.4 改性无机材料及杂化超滤膜的表征及检测
2.5 杂化超滤膜的性能测试
2.5.1 孔隙率测定与平均孔径计算
2.5.2 杂化膜水通量的测定
2.5.3 杂化膜截留率的测定
2.5.4 序列阻力模型分析
2.5.5 杂化膜稳定性测试
2.6 常规水质参数检测方法
第3章 聚砜/亲水性聚合物改性氧化石墨烯杂化膜的制备与性能研究
3.1 引言
3.2 改性氧化石墨烯的表征
3.2.1 GO-g-P(PEGMA)的傅里叶红外光谱
3.2.2 GO-g-P(PEGMA)的热失重分析
3.2.3 GO-g-P(PEGMA)表面接枝分子链的核磁共振氢谱
3.2.4 GO-g-P(PEGMA)表面接枝分子链的凝胶渗透色谱
3.3 改性氧化石墨烯的分散性能
3.3.1 GO-g-P(PEGMA)的透射电镜微观形貌
3.3.2 GO-g-P(PEGMA)在NMP溶液与铸膜液中的分散性
3.4 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的制备与表征
3.4.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)的制备
3.4.2 GO-g-P(PEGMA)的添加对铸膜液粘度的影响
3.4.3 GO-g-P(PEGMA)在杂化膜表面的分布规律
3.4.4 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面亲水性的影响
3.4.5 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面粗糙度的影响
3.4.6 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜微观结构的影响
3.4.7 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜孔隙率与平均孔径的影响
3.5 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的性能评价
3.5.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)杂化膜的过滤性能
3.5.2 PSF/GO-g-P(PEGMA)杂化膜的抗污染性能
3.5.3 杂化膜序列阻力模型评价与抗污染机理分析
3.6 不同分子量聚合物接枝的改性氧化石墨烯对杂化膜性能的影响
3.6.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)-n的制备
3.6.2 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜亲水性的影响
3.6.3 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜表面粗糙度的影响
3.6.4 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜微观结构的影响
3.6.5 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜孔隙率的影响
3.6.6 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜过滤性能的影响
3.6.7 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜抗污染性能的影响
3.7 本章小结
第4章 聚砜/亲水性聚合物改性介孔SBA-15 杂化膜的制备与性能研究
4.1 引言
4.2 改性介孔SBA-15 的表征
4.2.1 SBA-g-P(PEGMA)的傅里叶红外光谱
4.2.2 SBA-g-P(PEGMA)的小角X射线衍射光谱
4.2.3 SBA-g-P(PEGMA)的氮气吸附-脱附分析
4.2.4 SBA-g-P(PEGMA)的热失重分析
4.2.5 SBA-g-P(PEGMA)的扫描电镜与透射电镜微观形貌
4.3 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的制备与表征
4.3.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的制备
4.3.2 SBA-g-P(PEGMA)的添加对铸膜液粘度的影响
4.3.3 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的ATR-FTIR光谱
4.3.4 SBA-g-P(PEGMA)在杂化膜表面的分布规律
4.3.5 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面亲水性的影响
4.3.6 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面粗糙度的影响
4.3.7 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜微观结构的影响
4.3.8 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜孔隙率的影响
4.3.9 SBA-g-P(PEGMA)在杂化膜中的分散性能
4.3.10 SBA-g-P(PEGMA)在杂化膜基体中的介孔性能评价
4.4 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的性能评价
4.4.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的过滤性能
4.4.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的抗污染性能
4.5 本章小结
第5章 聚砜/不同分子量聚合物接枝的介孔SBA-15 杂化膜的制备与性能研究
5.1 引言
5.2 不同分子量聚合物接枝的改性介孔SBA-15 的表征
5.2.1 SBA-g-P(PEGMA)-n的制备
5.2.2 SBA-g-P(PEGMA)-n的小角度X射线衍射光谱
5.2.3 SBA-g-P(PEGMA)-n的氮气吸附-脱附测试
5.2.4 SBA-g-P(PEGMA)-n的透射电镜微观形态
5.2.5 SBA-g-P(PEGMA)-n的热失重分析
5.2.6 SBA-g-P(PEGMA)-n表面接枝聚合物链的渗透凝胶色谱
5.3 聚砜/不同分子量聚合物接枝的改性SBA-15 杂化膜制备与表征
5.3.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n杂化膜的制备
5.3.2 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜亲水性的影响
5.3.3 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜表面粗糙度的影响
5.3.4 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜微观结构的影响
5.3.5 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜孔隙率的影响
5.3.6 SBA-g-P(PEGMA)-n在杂化膜基体中的孔道有效性评价
5.4 聚砜/不同分子量聚合物接枝的改性SBA-15 杂化膜性能评价
5.4.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n杂化膜的过滤性能
5.4.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n杂化膜的抗污染性能
5.4.3 杂化膜序列阻力模型评价与添加剂作用机理分析
5.5 本章小结
第6章 改性氧化石墨烯及改性介孔SBA-15 杂化超滤膜处理实际水效能研究
6.1 引言
6.2 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的水处理效果
6.2.1 过滤水水质
6.2.2 对实际水中浊度与CODMn的去除效果
6.2.3 对实际水中微生物与UV254的去除效果
6.2.4 PSF/GO-g-P(PEGMA)处理实际水的通量与抗污染性能
6.3 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的稳定性评价
6.3.1 GO-g-P(PEGMA)添加剂在杂化膜中的稳定性
6.3.2 PSF/GO-g-P(PEGMA)杂化膜的性能稳定性评价
6.4 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的水处理效果
6.4.1 对实际水中浊度与CODMn的去除效果
6.4.2 对实际水中微生物与UV254的去除效果
6.4.3 PSF/SBA-g-P(PEGMA)处理实际水的通量与抗污染性能
6.5 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的稳定性评价
6.5.1 SBA-g-P(PEGMA)添加剂的稳定性评价
6.5.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜性能稳定性评价
6.6 聚砜/改性氧化石墨烯与聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的应用价值分析
6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3737138
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 日益凸显的水污染问题
1.1.2 饮用水水质标准的提高
1.1.3 常用的水处理工艺
1.2 超滤技术的发展与前沿
1.2.1 超滤技术在饮用水处理领域的应用
1.2.2 超滤膜污染及控制方法
1.3 杂化超滤膜添加剂
1.3.1 有机材料添加剂
1.3.2 无机材料添加剂
1.4 氧化石墨烯与介孔SBA-15 添加剂
1.4.1 氧化石墨烯纳米添加剂
1.4.2 介孔SBA-15 添加剂
1.5 无机材料添加剂的亲水化改性
1.5.1 亲水化改性的优势
1.5.2 亲水性聚合物改性
1.5.3 聚乙二醇及其衍生物
1.6 无机添加剂直接应用所存在的问题
1.7 课题研究目的和意义
1.8 主要研究内容
第2章 材料与方法
2.1 实验试剂与检测仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器设备
2.1.3 实验装置
2.2 亲水性聚合物改性无机材料的制备
2.2.1 改性氧化石墨烯的制备
2.2.2 改性介孔SBA-15 的制备
2.3 杂化超滤膜的制备
2.4 改性无机材料及杂化超滤膜的表征及检测
2.5 杂化超滤膜的性能测试
2.5.1 孔隙率测定与平均孔径计算
2.5.2 杂化膜水通量的测定
2.5.3 杂化膜截留率的测定
2.5.4 序列阻力模型分析
2.5.5 杂化膜稳定性测试
2.6 常规水质参数检测方法
第3章 聚砜/亲水性聚合物改性氧化石墨烯杂化膜的制备与性能研究
3.1 引言
3.2 改性氧化石墨烯的表征
3.2.1 GO-g-P(PEGMA)的傅里叶红外光谱
3.2.2 GO-g-P(PEGMA)的热失重分析
3.2.3 GO-g-P(PEGMA)表面接枝分子链的核磁共振氢谱
3.2.4 GO-g-P(PEGMA)表面接枝分子链的凝胶渗透色谱
3.3 改性氧化石墨烯的分散性能
3.3.1 GO-g-P(PEGMA)的透射电镜微观形貌
3.3.2 GO-g-P(PEGMA)在NMP溶液与铸膜液中的分散性
3.4 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的制备与表征
3.4.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)的制备
3.4.2 GO-g-P(PEGMA)的添加对铸膜液粘度的影响
3.4.3 GO-g-P(PEGMA)在杂化膜表面的分布规律
3.4.4 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面亲水性的影响
3.4.5 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面粗糙度的影响
3.4.6 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜微观结构的影响
3.4.7 GO-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜孔隙率与平均孔径的影响
3.5 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的性能评价
3.5.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)杂化膜的过滤性能
3.5.2 PSF/GO-g-P(PEGMA)杂化膜的抗污染性能
3.5.3 杂化膜序列阻力模型评价与抗污染机理分析
3.6 不同分子量聚合物接枝的改性氧化石墨烯对杂化膜性能的影响
3.6.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)-n的制备
3.6.2 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜亲水性的影响
3.6.3 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜表面粗糙度的影响
3.6.4 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜微观结构的影响
3.6.5 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜孔隙率的影响
3.6.6 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜过滤性能的影响
3.6.7 GO-g-P(PEGMA)-n对杂化膜抗污染性能的影响
3.7 本章小结
第4章 聚砜/亲水性聚合物改性介孔SBA-15 杂化膜的制备与性能研究
4.1 引言
4.2 改性介孔SBA-15 的表征
4.2.1 SBA-g-P(PEGMA)的傅里叶红外光谱
4.2.2 SBA-g-P(PEGMA)的小角X射线衍射光谱
4.2.3 SBA-g-P(PEGMA)的氮气吸附-脱附分析
4.2.4 SBA-g-P(PEGMA)的热失重分析
4.2.5 SBA-g-P(PEGMA)的扫描电镜与透射电镜微观形貌
4.3 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的制备与表征
4.3.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的制备
4.3.2 SBA-g-P(PEGMA)的添加对铸膜液粘度的影响
4.3.3 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的ATR-FTIR光谱
4.3.4 SBA-g-P(PEGMA)在杂化膜表面的分布规律
4.3.5 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面亲水性的影响
4.3.6 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜表面粗糙度的影响
4.3.7 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜微观结构的影响
4.3.8 SBA-g-P(PEGMA)的添加对杂化膜孔隙率的影响
4.3.9 SBA-g-P(PEGMA)在杂化膜中的分散性能
4.3.10 SBA-g-P(PEGMA)在杂化膜基体中的介孔性能评价
4.4 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的性能评价
4.4.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的过滤性能
4.4.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜的抗污染性能
4.5 本章小结
第5章 聚砜/不同分子量聚合物接枝的介孔SBA-15 杂化膜的制备与性能研究
5.1 引言
5.2 不同分子量聚合物接枝的改性介孔SBA-15 的表征
5.2.1 SBA-g-P(PEGMA)-n的制备
5.2.2 SBA-g-P(PEGMA)-n的小角度X射线衍射光谱
5.2.3 SBA-g-P(PEGMA)-n的氮气吸附-脱附测试
5.2.4 SBA-g-P(PEGMA)-n的透射电镜微观形态
5.2.5 SBA-g-P(PEGMA)-n的热失重分析
5.2.6 SBA-g-P(PEGMA)-n表面接枝聚合物链的渗透凝胶色谱
5.3 聚砜/不同分子量聚合物接枝的改性SBA-15 杂化膜制备与表征
5.3.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n杂化膜的制备
5.3.2 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜亲水性的影响
5.3.3 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜表面粗糙度的影响
5.3.4 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜微观结构的影响
5.3.5 SBA-g-P(PEGMA)-n对杂化膜孔隙率的影响
5.3.6 SBA-g-P(PEGMA)-n在杂化膜基体中的孔道有效性评价
5.4 聚砜/不同分子量聚合物接枝的改性SBA-15 杂化膜性能评价
5.4.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n杂化膜的过滤性能
5.4.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n杂化膜的抗污染性能
5.4.3 杂化膜序列阻力模型评价与添加剂作用机理分析
5.5 本章小结
第6章 改性氧化石墨烯及改性介孔SBA-15 杂化超滤膜处理实际水效能研究
6.1 引言
6.2 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的水处理效果
6.2.1 过滤水水质
6.2.2 对实际水中浊度与CODMn的去除效果
6.2.3 对实际水中微生物与UV254的去除效果
6.2.4 PSF/GO-g-P(PEGMA)处理实际水的通量与抗污染性能
6.3 聚砜/改性氧化石墨烯杂化膜的稳定性评价
6.3.1 GO-g-P(PEGMA)添加剂在杂化膜中的稳定性
6.3.2 PSF/GO-g-P(PEGMA)杂化膜的性能稳定性评价
6.4 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的水处理效果
6.4.1 对实际水中浊度与CODMn的去除效果
6.4.2 对实际水中微生物与UV254的去除效果
6.4.3 PSF/SBA-g-P(PEGMA)处理实际水的通量与抗污染性能
6.5 聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的稳定性评价
6.5.1 SBA-g-P(PEGMA)添加剂的稳定性评价
6.5.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)杂化膜性能稳定性评价
6.6 聚砜/改性氧化石墨烯与聚砜/改性介孔SBA-15 杂化膜的应用价值分析
6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
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