發(fā)布時(shí)間：2017-08-07 09:13

  本文關(guān)鍵詞：氧化石墨烯改性雙面正滲透膜的表征與抗污染研究

  更多相關(guān)文章： 正滲透膜 交聯(lián)聚合 界面聚合 氧化石墨烯 抗污染

【摘要】：正滲透(Forward Osmosis,FO)作為目前膜分離技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)在高鹽水零排放、海水淡化綜合利用以及垃圾滲濾液處理等領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢已初見端倪。而內(nèi)濃差極化(ICP)仍然是FO進(jìn)一步推廣的技術(shù)障礙之一,雙面聚合的方法被認(rèn)為是減緩FO工藝內(nèi)濃差極化的有效手段。本課題研究內(nèi)容是采用商業(yè)聚醚砜(PES)微濾膜作為基底膜,通過聚乙烯醇(PVA)交聯(lián)聚合+界面聚合的方式改性微孔濾膜使其具備脫鹽功能。在此基礎(chǔ)上通過PVA中摻雜氧化石墨烯(GO)進(jìn)行涂覆層改性,使FO膜的結(jié)構(gòu)趨于完整,性能趨向穩(wěn)定,同時(shí)在一定程度上提升膜的水通量、抗污染等特性。實(shí)驗(yàn)中制備的雙面正滲透膜分別采用標(biāo)準(zhǔn)測試方法和模擬污染物進(jìn)行正滲透膜參數(shù)測定,以膜的截鹽率、結(jié)構(gòu)參數(shù)、水通量、鹽通量等重要參數(shù)對FO膜進(jìn)行綜合評價(jià)。首先,對基底膜正反兩面分別進(jìn)行界面聚合和PVA交聯(lián)聚合,探究所制備的雙面正滲透膜(S-PVA膜)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型、活性層表面微觀形貌以及正滲透過程中的運(yùn)行效能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)過涂覆,S-PVA膜表面仍然觀測到明顯的膜孔;PVA涂覆層的粗糙度要小于界面聚合層。同時(shí)膜的潤濕性測試顯示,PVA涂覆層的親水程度顯著增加,而界面聚合層的親水程度則下降明顯。膜的正滲透測試中分別采用AL-FS模式(活性層對著原料液一側(cè))和AL-DS模式(活性層對著汲取液一側(cè)),兩種模式下均在PVA涂覆液濃度為0.4wt%時(shí)達(dá)到最大水通量,分別為17.01LMH(AL-FS)和23.95LMH(AL-DS),此時(shí)的鹽通量分別為6.3g MH(AL-FS)和9.9g MH(AL-DS);而在涂覆液濃度為0.8wt%時(shí),有最大的截留污染物值分別為乳化油(W-oil)94.8%、牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)93.6%、海藻酸鈉(Sodium Algiante,SA)95.86%。其次,針對S-PVA膜初步改性后截鹽率不高和穩(wěn)定性不足的問題,采用PES基底膜正反兩面均做PVA涂覆,進(jìn)一步在正面做界面聚合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:因?yàn)橛辛薖VA交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對微濾膜表層大孔隙孔洞的填充,對在其上生成的聚酰胺層起到很好的支撐,使得聚酰胺活性層較S-PVA膜在均勻性上有大幅的提升,結(jié)構(gòu)更加完整致密,表面也更加光滑,同時(shí)聚酰胺一側(cè)的潤濕性測試表明,PVA涂覆緩解了聚酰胺本身帶來的疏水特性。膜的正滲透測試中,AL-FS模式與AL-DS模式兩種模式下水通量也維持在17LMH和25LMH,與S-PVA膜相當(dāng),但鹽通量的波動(dòng)小于S-PVA膜,表明膜的穩(wěn)定性要明顯優(yōu)于S-PVA膜。最后,在前兩者的基礎(chǔ)上對膜的制備工藝進(jìn)一步優(yōu)化,在交聯(lián)液PVA中摻雜GO再進(jìn)行如D-PVA過程涂覆,并對該膜(D-PVA/GO膜)的結(jié)構(gòu)性能、運(yùn)行效能等進(jìn)行綜合探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:GO的摻雜有效的改善PVA涂覆效果,使得膜表面生成的PVA/GO交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加致密,基本能有效掩蓋微濾膜表面孔隙,同時(shí)保證PVA交聯(lián)液不向膜內(nèi)深處滲透,減少膜孔堵塞引起的傳質(zhì)阻力。測試數(shù)據(jù)表明:GO摻雜于PVA中交聯(lián)能夠增加膜的水通量,在所探究的GO摻雜濃度范圍內(nèi),D-PVA/GO膜較D-PVA膜水通量最高提升23.8%,對鹽的截留率可達(dá)98.5%,對污染物W-oil、BSA、SA的截留率也得以提升分別能達(dá)到99.3%、98.9%、99.0%。膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)也較前兩種膜波動(dòng)區(qū)間更小,這表明隨著GO的摻雜及改性過程的完善,膜的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,使該膜在緩解濃差極化、提升抗污染性能等方面有了明顯的提高�？傊�,通過雙面改性的方式制備的正滲透膜在水通量和鹽返混方面均能實(shí)現(xiàn)較高的性能,而PVA涂覆液通過GO的摻雜,所制備的D-PVA/GO膜在穩(wěn)定性、水通量和截鹽率都保持較高的狀態(tài),其中抗污染能力較前兩者有明顯的提升。研究結(jié)果表明,GO改性雙面FO膜有望在實(shí)際應(yīng)用中改善目前商品FO膜的一些不足。
【關(guān)鍵詞】：正滲透膜 交聯(lián)聚合 界面聚合 氧化石墨烯 抗污染
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 研究背景12-13
• 1.1.1 水資源和能源危機(jī)12
• 1.1.2 膜分離技術(shù)12-13
• 1.2 正滲透13-24
• 1.2.1 傳統(tǒng)膜技術(shù)13-14
• 1.2.2 正滲透膜技術(shù)14-18
• 1.2.3 膜污染及其影響因素18-20
• 1.2.4 正滲透膜的應(yīng)用20-24
• 1.3 膜改性研究的的進(jìn)展24-26
• 1.3.1 親水聚合物24
• 1.3.2 納米顆粒24-25
• 1.3.3 GO改性膜25-26
• 1.4 課題的提出26-30
• 1.4.1 課題的目的與意義26
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容26-28
• 1.4.3 技術(shù)路線28
• 1.4.4 課題創(chuàng)新點(diǎn)28-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法30-41
• 2.1 儀器與化學(xué)試劑30-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及材料30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器30-31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法與裝置31-39
• 2.2.1 PES微濾膜的前處理31-32
• 2.2.2 GO的制備32-33
• 2.2.3 PVA/GO涂覆交聯(lián)33-34
• 2.2.4 界面聚合34-35
• 2.2.5 膜水通量測試方法及裝置35-36
• 2.2.6 汲取液的返混通量36-37
• 2.2.7 膜純水通量的測試與裝置37
• 2.2.8 膜的截留率的測定37-38
• 2.2.9 膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)的測定38-39
• 2.3 分析項(xiàng)目及測試方法39-41
• 2.3.1 膜結(jié)構(gòu)、形貌特征分析39-40
• 2.3.2 膜表面電位分析40
• 2.3.3 膜的潤濕性測試40
• 2.3.4 抗污染性能分析40-41
• 第三章 改性正滲透膜的表征41-55
• 3.1 GO的表征41-43
• 3.1.1 微觀形貌表征41
• 3.1.2 晶型結(jié)構(gòu)表征41-42
• 3.1.3 結(jié)構(gòu)官能團(tuán)分析42-43
• 3.2 PVA復(fù)合正滲透膜的表征43-50
• 3.2.1 PVA單面涂覆正滲透膜（S-PVA）表征43-48
• 3.2.2 PVA雙面涂覆正滲透膜（D-PVA）表征48-50
• 3.3 PVA/GO復(fù)合正滲透膜（D-PVA/GO）的表征50-54
• 3.3.1 PVA/GO復(fù)合正滲透膜的微觀形貌分析50-52
• 3.3.2 PVA/GO復(fù)合正滲透膜結(jié)構(gòu)官能團(tuán)分析52
• 3.3.3 PVA/GO復(fù)合正滲透膜表面電勢分析52-53
• 3.3.4 PVA/GO復(fù)合正滲透膜親水性能分析53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第四章 改性正滲透膜的性能研究55-73
• 4.1 PVA復(fù)合正滲透膜的性能研究55-63
• 4.1.1 PVA單面涂覆正滲透膜（S-PVA）過濾性能研究55-59
• 4.1.2 PVA雙面涂覆正滲透膜（D-PVA）過濾性能的研究59-63
• 4.2 PVA/GO復(fù)合正滲透膜（D-PVA/GO）的過濾性能研究63-65
• 4.2.1 PVA/GO雙面涂覆正滲透膜過濾性能研究63-65
• 4.3 PVA/GO復(fù)合正滲透膜的抗污染性能研究65-67
• 4.3.1 乳化油濃度及運(yùn)行時(shí)長對D-PVA/GO膜的水通量的影響65-66
• 4.3.2 D-PVA/GO膜的截留率66-67
• 4.4 三種正滲透膜性能比較分析67-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 第五章 結(jié)論與建議73-75
• 5.1 結(jié)論73-74
• 5.2 建議74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 攻讀學(xué)位期間的主要學(xué)術(shù)成果81-82
• 致謝82

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張奇珍;;滲透膜氣體分離器簡論[J];膜科學(xué)與技術(shù);1983年03期

2 鄒盛歐;;濃縮甲醇用高性能選擇滲透膜[J];精細(xì)化工信息;1987年08期

3 沈守倉,盧冠忠,汪仁;膜催化技術(shù)的應(yīng)用(Ⅰ)——用氫滲透膜同時(shí)實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)和產(chǎn)品分離[J];膜科學(xué)與技術(shù);1993年01期

4 夏圣驥;周昱e，

本文編號：633857