發(fā)布時間：2017-08-11 05:11

  本文關(guān)鍵詞：親—疏水智能轉(zhuǎn)換復(fù)合納濾膜的制備及其分離性能的研究

  更多相關(guān)文章： 納濾膜 層層自組裝 聚電解質(zhì) 親疏水轉(zhuǎn)換 抗衡離子交換

【摘要】：納濾分離過程是一種選擇性高、操作簡單和能耗低的分離技術(shù),已在各工業(yè)領(lǐng)域和科學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。納濾膜分離體系分為水溶劑體系和有機溶劑體系。目前,納濾過程主要集中在水溶劑體系,而實際的工業(yè)流程還涉及到有機溶劑體系�，F(xiàn)有的研究中,用于水溶液體系和非水溶液體系的兩種納濾膜的制備均是采用不同方法進行的。如何使同一種膜既可以實現(xiàn)其水溶液體系的納濾分離,又可以實現(xiàn)非水有機溶劑體系的耐溶劑納濾分離仍是一個挑戰(zhàn)。本研究在無機陶瓷管式基膜上采用靜態(tài)聚電解質(zhì)層層自組裝(Lb L)技術(shù),交替沉積陽離子聚電解質(zhì)聚乙烯亞胺(PEI)和陰離子聚電解質(zhì)聚苯乙烯磺酸鈉(PSS),然后將課題組前期制備的PSS-TiO_2納米粒子均勻分散到PSS中,繼續(xù)交替沉積陽離子聚電解質(zhì)聚乙烯亞胺(PEI)和分散有PSS-TiO_2納米粒子陰離子聚電解質(zhì)聚苯乙烯磺酸鈉(PSS),制備PSS-TiO_2/PEI聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜;對制備的PSS-TiO_2/PEI聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜SEM、接觸角等進行分析表征。結(jié)果表明,PEI和PSS聚電解質(zhì)以及PSS-TiO_2納米粒子在基膜表面成功地進行了交替自組裝;繼續(xù)對膜表面進行紫外光照改性,獲得超親水表面,膜表面接觸角為1.6°,將其用于水溶劑體系的染料脫除,有良好的分離效果。當(dāng)PEI和PSS聚電解質(zhì)濃度為6mg/m L,PSS-TiO_2分散在PSS中濃度為0.03mg/m L,組裝層數(shù)為4.5層時,紫外光照改性時間為80min時,對染料分離效果最佳,其對染料鉻黑T的截留率為95.23%,通量為269.23L/(m~2·h·MPa),對染料二甲基酚橙的截留率為100%,通量為161.54L/(m~2·h·MPa),對水溶劑體系中染料的脫除顯示了較好的分離效果。在此基礎(chǔ)上,選用帶有季銨基團的可進行親疏水改性的聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDDA)為陽離子聚電解質(zhì)、聚電解質(zhì)聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)為陰離子聚電解質(zhì),以及PDDA-TiO_2作為納米粒子,以聚丙烯腈(PAN)超濾膜為基膜,通過層層自組裝方法制備了PDDA-TiO_2/PSS聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜,通過反離子交換在該膜表面成功實現(xiàn)親水-疏水可逆轉(zhuǎn)變,即氯離子交換時親水,全氟辛酸離子時疏水,成功制備了親疏水智能轉(zhuǎn)換的PDDA-TiO_2/PSS聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜。對制備的親疏水智能轉(zhuǎn)換的PDDA-TiO_2/PSS聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜進行接觸角、Zeta電位、SEM、AFM、ATR-FTIR等表征,結(jié)果證明PDDA和PSS聚電解質(zhì)以及PDDA-TiO_2納米粒子成功地組裝在基膜表面并成功在膜表面實現(xiàn)反離子交換,接觸角的表征說明通過離子交換實現(xiàn)了親疏水的智能轉(zhuǎn)換。將親水PDDA-TiO_2/PSS聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜用于水溶劑體系的染料脫除納濾過程,將疏水PDDA-TiO_2/PSS聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜用于非水有機溶劑體系的染料脫除納濾過程,均有良好的分離效果。當(dāng)PDDA和PSS聚電解質(zhì)濃度為5mg/m L,PDDA-TiO_2分散在PDDA中濃度為0.15mg/mL,組裝層數(shù)為4層時,氯離子交換,其對染料鉻黑T水溶液體系的截留率為95.7%,通量為232.7L/(m~2·h·MPa);當(dāng)PDDA和PSS聚電解質(zhì)濃度為5mg/mL,PDDA-TiO_2分散在PDDA中濃度為0.15mg/m L,組裝層數(shù)為4.5層時,通過疏水的全氟辛酸離子對氯離子進行反離子交換,使膜表面帶有疏水全氟辛酸離子,此時,對染料甲基藍乙醇溶液體系的截留率為97.35%,通量為105.32L/(m~2·h·MPa)。研究表明同一種膜既可以實現(xiàn)水溶液體系的納濾分離,又可實現(xiàn)有機溶劑體系的耐溶劑納濾分離。
【關(guān)鍵詞】：納濾膜 層層自組裝 聚電解質(zhì) 親疏水轉(zhuǎn)換 抗衡離子交換
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)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5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 納濾膜技術(shù)概述12-15
• 1.1.1 引言12
• 1.1.2 納濾膜的分離機理及模型12-13
• 1.1.3 納濾膜的制備方法13-15
• 1.2 親疏水智能轉(zhuǎn)化響應(yīng)膜15-21
• 1.2.1 智能響應(yīng)膜簡述15-16
• 1.2.2 膜表面潤濕性16
• 1.2.3 智能響應(yīng)膜表面的潤濕性16-21
• 1.3 親/疏水膜的應(yīng)用21-24
• 1.3.1 親/疏水膜在滲透氣化中的應(yīng)用21-22
• 1.3.2 親/疏水膜在膜蒸餾的應(yīng)用22-23
• 1.3.3 親/疏水膜在納濾中的應(yīng)用23-24
• 1.4 課題研究的目的和意義24-25
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容25
• 1.6 課題來源25-26
• 第2章 實驗部分26-36
• 2.1 實驗材料與設(shè)備26-28
• 2.1.1 實驗試劑與材料26-27
• 2.1.2 實驗儀器與設(shè)備27-28
• 2.2 PSS-TiO_2/PEI聚電解質(zhì)管式復(fù)合膜的制備28-29
• 2.2.1 陶瓷管式膜的預(yù)處理28
• 2.2.2 荷電銳鈦礦PSS-TiO_2的制備方法28-29
• 2.2.3 PSS-TiO_2/PEI聚電解質(zhì)管式復(fù)合膜的組裝方法29
• 2.3 石英基片上PSS-TiO_2/PEI聚電解質(zhì)復(fù)合膜的制備29-30
• 2.4 親/疏水轉(zhuǎn)換PDDA-TiO_2/ PSS聚電解質(zhì)復(fù)合膜的制備30-32
• 2.4.1 聚丙烯腈基膜的水解改性預(yù)處理30-31
• 2.4.2 親/疏水轉(zhuǎn)換PDDA-TiO_2/ PSS聚電解質(zhì)復(fù)合膜的制備31-32
• 2.5 基膜與復(fù)合膜的表征32-33
• 2.5.1 膜表面Zeta電位的測定32
• 2.5.2 原子力顯微鏡（AFM）表征32
• 2.5.3 掃描電子顯微鏡和X射線能量色散譜儀32
• 2.5.4 膜表面傅里葉紅外光譜（ATR-FTIR）表征32
• 2.5.5 膜表面接觸角（Contact angel）的測定32-33
• 2.6 納濾性能的評價裝置及方法33-36
• 2.6.1 復(fù)合膜的分離性能評價裝置33
• 2.6.2 復(fù)合膜的分離性能評價方法33-36
• 第3章 超親水PSS-TiO_2/PEI聚電解質(zhì)管式復(fù)合納濾膜的研究36-52
• 3.1 管式PSS-TiO_2/PEI復(fù)合膜的制備36
• 3.2 管式PSS-TiO_2/PEI復(fù)合膜表面的結(jié)構(gòu)與形貌36-39
• 3.2.1 TiO_2濃度對膜形貌特征的影響36-38
• 3.2.2 不同紫外光照時間對膜形貌特征的影響38-39
• 3.3 管式PSS-TiO_2/PEI復(fù)合膜表面的親水性39-40
• 3.4 管式PSS-TiO_2/PEI復(fù)合膜的納濾性能研究40-50
• 3.4.1 吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線40-41
• 3.4.2 聚電解質(zhì)濃度對PSS/PEI復(fù)合膜分離性能的影響41-43
• 3.4.3 PSS-TiO_2濃度對PSS-TiO_2/PEI復(fù)合膜分離性能的影響43-45
• 3.4.4 紫外光照時間對PSS-TiO_2/PEI復(fù)合膜分離性能的影響45-47
• 3.4.5 不同種類染料對PSS-TiO_2/PEI復(fù)合膜分離性能的影響47
• 3.4.6 操作壓力對復(fù)合膜分離性能的影響47-49
• 3.4.7 管式復(fù)合膜運行穩(wěn)定性49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 親/疏水智能轉(zhuǎn)換PDDA-TiO_2/PSS聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜的研究52-72
• 4.1 親/疏水轉(zhuǎn)換PDDA-TiO_2/PSS復(fù)合納濾膜的制備52-55
• 4.2 PDDA-TiO_2/PSS復(fù)合膜表面親疏水變化55
• 4.3 PDDA-TiO_2/PSS復(fù)合膜表面的粗糙度變化55-57
• 4.4 TiO_2濃度對PDDA-TiO_2/PSS復(fù)合膜表面親疏水的影響57-60
• 4.5 復(fù)合膜表面的形貌和X射線能量色散譜儀（EDX）分析60-63
• 4.6 親水PDDA-TiO_2/PSS復(fù)合膜的納濾性能測定63-66
• 4.6.1 聚電解質(zhì)濃度對PDDA/PSS復(fù)合膜截留性能的影響63-64
• 4.6.2 組裝層數(shù)對親水復(fù)合膜截留性能的影響64
• 4.6.3 TiO_2濃度對親水復(fù)合膜截留性能的影響64-65
• 4.6.4 PDDA-TiO_2/PSS親水復(fù)合膜的運行穩(wěn)定性65-66
• 4.7 疏水PDDA-TiO_2/PSS復(fù)合膜的納濾性能測定66-70
• 4.7.1 TiO_2濃度對疏水復(fù)合膜截留性能的影響67-68
• 4.7.2 組裝層數(shù)對疏水復(fù)合膜截留性能的影響68
• 4.7.3 不同染料對疏水復(fù)合膜分離性能的影響68-69
• 4.7.4 PDDA-TiO_2/PSS疏水復(fù)合膜的運行穩(wěn)定性69-70
• 4.8 本章小結(jié)70-72
• 結(jié)論與建議72-74
• 1.結(jié)論72-73
• 2.創(chuàng)新點73
• 3.建議73-74
• 參考文獻74-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)成果82-84
• 致謝84

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