水相添加剂对聚酰胺复合纳滤膜结构和性能的影响

发布时间：2017-10-28 16:17

  本文关键词：水相添加剂对聚酰胺复合纳滤膜结构和性能的影响

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【摘要】：纳滤技术高效的分离性和较低的操作压力,使其在医药卫生、食品、水处理和环保等领域中得到应用。但是纳滤分离技术仍存在一些问题,如膜通量小,膜污染等,使其在实际应用中受到许多限制。间苯二胺(MPD)与均苯三甲酰氯(TMC)通过界面聚合制备的聚酰胺复合纳滤膜虽然具有较高的分离性能,但是膜透水性能较差。本文从优化界面聚合反应条件的角度,研究提高复合纳滤膜分离性能的方法。具体考察了表面活性剂、复合催化剂和亲水剂对纳滤膜分离性能及功能层的组成和结构的影响;优化了引入不同水相添加剂后的界面聚合条件;评价了复合纳滤膜对不同无机盐和有机物的分离性能及稳定性。主要研究结论如下:(1)选用十二烷基硫酸钠(SLS)为表面活性剂,研究了水相中SLS浓度对复合纳滤膜分离性能和功能层结构的影响。结果表明,当SLS浓度从0 wt%增加到1 wt%时,复合纳滤膜的功能层交联度增大,膜表面粗糙度增大,亲水接触角下降,膜通量减小,截留率增大。当SLS浓度为0.2 wt%时,所得纳滤膜在0.6 MPa的操作压力下,对浓度为2000 mg/L的MgSO4溶液截留率为93.4%,通量为7 L/m2h。(2)考察了复合催化剂三乙胺(TEA)和樟脑磺酸(CSA)及界面聚合反应条件,对复合纳滤膜功能层结构和性能的影响。结果表明:在反应体系中,TEA和CSA的物质的量比为1/2时,随着复合催化剂中TEA的用量从0.5 wt%增加到3wt%,纳滤膜功能层密度增大,表面粗糙度和亲水接触角下降,膜通量明显升高,但纳滤膜的截留率及其对无机盐的选择顺序基本不变。在TEA含量为2 wt%,水相处理时间3 min,反应时间40 s,热处理温度80°C,热处理时间3 min的最优条件下,所得复合纳滤膜对2000 mg/LMgSO4溶液的截留率为91.2%,通量为16 L/m2h。在0.2~1.0 MPa的操作压力下,聚酰胺复合纳滤膜分离性能稳定。(3)选用4-(2-羟乙基)吗啉作为亲水剂,考察了4-(2-羟乙基)吗啉及界面聚合反应条件,对复合纳滤膜功能层结构和性能的影响。结果表明:随着亲水剂4-(2-羟乙基)吗啉的用量从0 wt%增加到5 wt%,复合纳滤膜表面聚合物密度减小,表面粗糙度和亲水接触角下降,膜通量明显升高,截留率略有下降,但纳滤膜对不同无机盐的选择顺序基本不变。在4-(2-羟乙基)吗啉含量为2.5 wt%,水相处理时间3 min,反应时间30 s,热处理温度80°C,热处理时间3 min的最优条件下,所得复合纳滤膜对2000 mg/LMgSO4溶液的截留率为82.7%,通量为24 L/m2h。在0.2~1.0 MPa的操作压力下,聚酰胺复合纳滤膜分离性能稳定。
【关键词】：芳香族聚酰胺 界面聚合 表面活性剂 复合催化剂 亲水剂
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 膜分离技术11
• 1.2 纳滤膜技术11-15
• 1.2.1 纳滤膜分离机理12-13
• 1.2.2 纳滤膜制备方法13-14
• 1.2.3 纳滤膜的应用14-15
• 1.3 界面聚合法制备复合纳滤膜15-20
• 1.3.1 界面聚合反应原理15-17
• 1.3.2 界面聚合反应的影响因素17-20
• 1.4 纳滤膜的研究现状和发展方向20-21
• 1.4.1 研究现状20
• 1.4.2 研究发展方向20-21
• 1.5 本文主要研究内容21-23
• 2 试验材料与表征方法23-29
• 2.1 试验材料与仪器23-24
• 2.1.1 试验材料及试剂23-24
• 2.1.2 实验仪器24
• 2.2 复合纳滤膜的制备与表征24-26
• 2.2.1 基膜的制备24-25
• 2.2.2 复合纳滤膜的制备25-26
• 2.3 复合纳滤膜分离性能的评价26-27
• 2.3.1 基膜水通量测定26-27
• 2.3.2 复合纳滤膜通量和截留率测定27
• 2.4 复合纳滤膜表面亲水性接触角测定27-28
• 2.5 复合纳滤膜表面形貌表征28
• 2.6 复合纳滤膜表层化学结构表征28-29
• 3 表面活性剂对聚酰胺纳滤膜性能和结构的影响29-35
• 3.1 复合纳滤膜制备29
• 3.2 水相中SLS用量对复合纳滤膜性能的影响29-30
• 3.3 水相中SLS含量对复合膜功能层结构的影响30-32
• 3.3.1 复合纳滤膜表面形貌30-32
• 3.3.2 复合纳滤膜功能层的化学结构32
• 3.4 复合纳滤膜的分离性能32-34
• 3.4.1 复合纳滤膜对无机盐的分离性能32-33
• 3.4.2 复合纳滤膜对有机物的截留性能33-34
• 3.5 小结34-35
• 4 复合催化剂对聚酰胺纳滤膜结构和性能的影响35-43
• 4.1 复合纳滤膜制备35
• 4.2 界面聚合反应条件的优化35-38
• 4.2.1 复合催化剂用量对纳滤膜分离性能的影响35-36
• 4.2.2 水相处理时间和反应时间对纳滤膜性能的影响36-37
• 4.2.3 热处理温度与时间对纳滤膜分离性能的影响37-38
• 4.3 复合催化剂用量对纳滤膜功能层组成和结构的影响38-40
• 4.3.1 功能层的化学组成38-39
• 4.3.2 复合纳滤膜表面形貌39-40
• 4.3.3 复合纳滤膜表面亲水性40
• 4.4 复合纳滤膜的分离性能40-42
• 4.4.1 复合纳滤膜对有机物的截留性能40-41
• 4.4.2 复合催化剂对纳滤膜选择分离性能的影响41
• 4.4.3 复合纳滤膜在不同压力下的分离性能41-42
• 4.5 小结42-43
• 5 亲水剂对聚酰胺复合纳滤膜结构和性能的影响43-53
• 5.1 复合膜的制备43
• 5.2 界面聚合反应条件的优化43-47
• 5.2.1 亲水剂用量对复合纳滤膜分离性能的影响44-45
• 5.2.2 水相处理时间和反应时间对纳滤膜性能的影响45-46
• 5.2.3 热处理温度和时间对复合膜性能的影响46-47
• 5.3 亲水剂用量对纳滤膜功能层组成和结构的影响47-49
• 5.3.1 功能层的化学组成47-48
• 5.3.2 复合纳滤膜的表面形貌48-49
• 5.3.3 复合纳滤膜表面亲水性49
• 5.4 复合纳滤膜的分离性能49-51
• 5.4.1 亲水剂对纳滤膜选择分离性的影响50
• 5.4.2 复合纳滤膜对有机物的截留性能50-51
• 5.4.3 复合纳滤膜在不同压力下的分离性能51
• 5.5 小结51-53
• 6 结论与建议53-55
• 6.1 结论53-54
• 6.2 建议54-55
• 致谢55-57
• 参考文献57-65
• 攻读硕士学位期间科研成果65

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本文编号：1109006