脱盐渗透汽化复合膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-05-19 15:10

  本文关键词：脱盐渗透汽化复合膜的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球经济的飞速发展和环境污染现象的与日俱增,人类可用水资源非常稀缺,这已成为很多国家面临的重大难题。作为全球人均水资源最贫乏的国家,水资源短缺已严重影响到中国的经济发展和人民的生活条件。传统的盐水淡化技术由于其自身特点,在脱盐领域过程中存在一定限制。探索新型盐水淡化技术已经成为研究热点。渗透汽化脱盐技术作为一种近几年发展起来的新型脱盐技术,其突出优点是能够结合膜法盐水淡化技术和热法盐水淡化技术的优势,同时可以避开了这两种传统技术的缺陷,成为继多级闪蒸技术、低温多效蒸馏技术和反渗透技术等脱盐技术之后,解决当前日益严重的水危机的最有潜力的技术之一。但是当前渗透汽化脱盐效率相对较低,影响了其在实际中的应用。基于此,我们提出通过对渗透汽化膜材料及膜结构进行重新设计,以期达到提高渗透汽化脱盐效率的目的。本文通过采用对膜材料及膜结构重新设计等手段,制备了一系列具有高分离效率的渗透汽化复合膜,并详细研究了膜材料与结构对渗透汽化盐水淡化效率的影响及其之间的相互关系。1、静电纺丝纳米纤维作为支撑层具有高孔隙率和高度贯通孔结构的独特优势。此外,由静电喷涂制备的聚合物皮层结晶度较低,其无定型结构使得小分子容易在聚合物内部进行快速扩散。基于此,采用独特的膜结构设计,通过静电喷涂制备了聚乙烯醇(PVA)分离皮层,并通过静电纺丝制备了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维作为支撑层,利用聚酯无纺布作为基膜提供复合膜强度,通过简单的浸泡交联,最终成功制备了PVA/PAN纳米纤维复合膜。该复合膜具有优异的渗透汽化分离效率。在室温下,其对35,000 ppm的氯化钠(NaCl)溶液进行分离,通量可达736L·m-2·h-1,对NaCl的截留率在99.5%以上。通过研究表明,该复合膜可以对不同浓度盐水进行有效分离。另外,其分离效率很大程度上决定于皮层厚度,水通量与皮层厚度的倒数成正比关系。并且通过对复合膜进行50小时的连续操作,证明了该复合膜在常规操作条件下具有较好的稳定性。2、通过简单的涂覆法,采用4-磺基邻苯二甲酸(SPT TA)作为交联剂,在PAN超滤膜表面制备了SPTA-PVA皮层,在加热交联后,成功制备了SPTA-PVA/PAN渗透汽化复合膜。并对分离皮层结构及其渗透汽化性能之间的关系进行了详细表征。结果表明,水分子在含有磺酸基团的分离皮层中具有极高的扩散能力。在70℃时,对35,000 ppm的NaCl溶液,其水通量可以达到46.3L·m-2·h-1,截留率可以达到99.8%以上。随着皮层内磺酸基团含量的增大,皮层结晶度降低,无定形结构增多,并且磺酸基团对水合质子具有一定的运输能力,故其渗透汽化传质效率增大。皮层厚度仍然对分离效率具有显著作用,随着皮层厚度增大,传质效率降低。通过对复合膜在70℃下进行100小时的连续操作,证明了该复合膜在高温操作条件下具有较好的稳定性。3、基于氧化石墨烯(GO)独特的结构及分离特性,通过简单的真空抽滤法,在PAN超滤膜表面得到了GO分离皮层,成功制备了GO/PAN渗透汽化复合膜。并对制备得到的GO的结构以及GO作为分离皮层与复合膜整体渗透汽化性能之间的关系进行了详细表征。结果表明,GO层具有独特的结构和分离性能。GO片层上有一定的羧基,羟基等亲水性基团,且GO层间距为7.36A。水分子在GO层间可以快速传输,而水合离子可以被有效截留。在90℃时,对35,000 ppm的NaCl溶液,其水通量可以达到65.1 L·m-2·h-1,截留率可以达到99.8%以上。复合膜可以处理浓度高达100,000 pp m的NaCl溶液。温度和传质效率之间复合阿伦尼乌斯定律。
【关键词】：盐水淡化 渗透汽化 复合膜 聚乙烯醇 交联 氧化石墨烯
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要5-8
• 英文摘要8-19
• 第一章 绪论19-43
• 1.1 盐水淡化技术的研究进展19-34
• 1.1.1 热法盐水淡化技术20-23
• 1.1.2 膜法盐水淡化技术23-31
• 1.1.3 热法-膜法联用盐水淡化技术31-34
• 1.2 本论文的主要学术思想和研究内容34-36
• 参考文献36-43
• 第二章 交联聚乙烯醇/聚丙烯腈纳米纤维复合膜的制备及其渗透汽化脱盐性能研究43-63
• 2.1 引言43-45
• 2.2 实验部分45-49
• 2.2.1 实验原料及仪器45-46
• 2.2.2 静电喷涂聚乙烯醇功能皮层46
• 2.2.3 静电纺丝聚丙烯腈纳米纤维支撑层46-47
• 2.2.4 交联聚乙烯醇/聚丙烯腈纳米纤维复合膜的制备47
• 2.2.5 交联聚乙烯醇/聚丙烯腈纳米纤维复合膜的结构表征47-48
• 2.2.6 交联聚乙烯醇/聚丙烯腈纳米纤维复合膜的渗透汽化脱盐性能测试48-49
• 2.3 结果与讨论49-60
• 2.3.1 聚乙烯醇功能皮层的制备及微观形貌表征49-51
• 2.3.2 聚丙烯腈纳米纤维支撑层的制备及微观形貌表征51
• 2.3.3 交联聚乙烯醇功能皮层的结构表征51-56
• 2.3.4 交联聚乙烯醇/聚丙烯腈纳米纤维复合膜的微观形貌表征56-57
• 2.3.5 进料液浓度对渗透汽化复合膜脱盐效率的影响57-58
• 2.3.6 交联聚乙烯醇皮层厚度对渗透汽化复合膜脱盐效率的影响58-59
• 2.3.7 操作时间对复合膜渗透汽化效率的影响59-60
• 2.4 本章小结60-61
• 参考文献61-63
• 第三章 磺化交联聚乙烯醇/聚丙烯腈复合膜的制备及其脱盐性能研究63-83
• 3.1 引言63-64
• 3.2 实验部分64-67
• 3.2.1 实验原料64
• 3.2.2 实验仪器64-65
• 3.2.3 渗透汽化膜的制备65
• 3.2.4 复合膜的结构表征65-66
• 3.2.5 复合膜的渗透汽化脱盐性能测试66-67
• 3.3 结果与讨论67-79
• 3.3.1 磺化交联聚乙烯醇皮层的制备及结构表征67-72
• 3.3.2 复合膜的微观形貌表征72-73
• 3.3.3 磺化交联聚乙烯醇/聚丙烯腈复合膜的脱盐性能表征73-79
• 3.4 本章小结79-80
• 参考文献80-83
• 第四章 氧化石墨烯/聚丙烯腈复合膜的制备及其渗透汽化脱盐性能研究83-105
• 4.1 引言83-85
• 4.2 实验部分85-90
• 4.2.1 实验原料和实验仪器85-86
• 4.2.2 氧化石墨烯悬浮液的制备86-87
• 4.2.3 聚丙烯腈超滤膜预处理87
• 4.2.4 氧化石墨烯/聚丙烯腈复合膜的制备87-88
• 4.2.5 氧化石墨烯/聚丙烯腈复合膜的结构表征88-89
• 4.2.6 氧化石墨烯/聚丙烯腈复合膜的渗透汽化脱盐性能测试89-90
• 4.3 结果与讨论90-101
• 4.3.1 氧化石墨烯的制备及结构表征90-95
• 4.3.2 氧化石墨烯/聚丙烯腈复合膜的微观形貌表征95-96
• 4.3.3 氧化石墨烯/聚丙烯腈复合膜的脱盐性能表征96-101
• 4.4 本章小结101-103
• 参考文献103-105
• 结论105-106
• 致谢106-107
• 研究成果及发表的学术论文107-109
• 导师简介109-110
• 作者简介110-111
• 附件111-112

  本文关键词：脱盐渗透汽化复合膜的制备及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：379015