【摘要】：醋酸纖維素(CA)是重要的天然纖維素衍生物,因其成膜性好、價格低廉,在分離膜領域占有重要地位。為提高CA中空纖維膜的力學強度,擴展CA中空纖維膜的應用范圍,本文基于非溶劑致相分離(NIPS)成膜原理,采用同心圓復合紡絲技術(shù),制備了編織管增強型(BR)CA中空纖維膜,對其結(jié)構(gòu)與性能進行了研究。以CA纖維編織管為增強體,以CA的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液為鑄膜液構(gòu)筑表面分離層,制得同質(zhì)增強型(HR)CA中空纖維膜。研究表明,隨鑄膜液中CA濃度增加,膜的表面分離層更為致密,其外表面更為平滑,膜的平均孔徑減小,牛血清蛋白(BSA)截留率增高,且膜的拉伸斷裂強度(11MPa)和爆破強度有所增大；當鑄膜液中CA濃度高于10%時,所得膜的表面分離層與增強體之間界面結(jié)合狀態(tài)較好�；钚晕勰鄳腋∫簩Ρ冗^濾試驗發(fā)現(xiàn),HR CA膜較增強型聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜具有更小的通量衰減率,且簡單物理清洗后的通量回復率更高,表明CA膜耐污染性能優(yōu)于PVDF膜；膜的出水總有機碳(TOC)濃度低于20mmg·L-1,去除率接近90%。以CA和聚丙烯腈(PAN)混合纖維編織管為增強體,制得編織管增強型CA中空纖維膜�；旌侠w維編織管的使用實現(xiàn)了同質(zhì)纖維增強與異質(zhì)纖維增強的結(jié)合,膜中同時存在同質(zhì)增強界面和異質(zhì)增強界面,不但可有效調(diào)控膜的界面結(jié)合狀態(tài),而且可抑制CA纖維過度溶脹對膜通透性的不利影響。兼顧界面結(jié)合狀態(tài)和通透性能,增強體中最佳CA/PAN纖維比為2/1。膜的拉伸斷裂強度主要取決于增強體,隨編織管中PAN纖維比例增加,膜的拉伸斷裂強度由16.0MPa增大到62.9MPa。改變鑄膜液所用溶劑種類研究發(fā)現(xiàn),以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑所得膜的純水通量較大,而以二甲基亞砜(DMSO)為溶劑所得膜的純水通量較��；以DMAc、DMF、N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑,膜的蛋白質(zhì)溶液通量較大且接近；所得膜的純水通量回復率較高,均達90%左右,表現(xiàn)出較好的耐污染性能。根據(jù)拔出強度測試結(jié)果,以DMAc、DMF、DMSO和NMP為溶劑鑄膜液所得膜的界面結(jié)合強度依次降低。隨鑄膜液中CA濃度增加,膜的純水通量減小,蛋白質(zhì)溶液通量衰減率降低,同時表面分離層與增強體之間界面結(jié)合強度增大。隨凝固浴溫度增加,膜的純水通量增大,而蛋白質(zhì)溶液通量衰減增大,表面分離層與增強體之間界面結(jié)合狀態(tài)變差。通過在表面分離層中混雜納米材料,制得編織管增強型CA/納米材料雜化中空纖維膜。納米銀的引入對膜的力學性能和通透性能影響不大。將納米銀雜化中空纖維膜浸于膜生物反應器(MBR)活性污泥反應池中,通過監(jiān)測膜的BSA截留率隨浸泡時間變化,發(fā)現(xiàn)納米銀可改善膜的耐生物降解性。在表面分離層中混雜碳納米材料,即碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)及兩者的混合物,所得膜的表面分離層中指狀孔增多、變長,表面皮層變薄,對膜的拉伸性能基本無影響,但拔出強度和爆破強度有所增大。碳納米材料的引入對膜的純水通量和蛋白質(zhì)溶液通量影響不大,但BSA截留率有所增高。將碳納米材料雜化中空纖維膜用于乳清溶液的連續(xù)濃縮,分離乳清蛋白和乳糖,BR CA/碳納米材料雜化膜,尤其是CA/CNT/GO膜,表現(xiàn)出良好的通透性能和耐污染性能；由于CNT與GO之間存在協(xié)同效應,CA/CNT/GO膜濃縮效率較高,通量回復率超過90%。通過調(diào)整鑄膜液組成、控制成膜條件,制得編織管增強型CA中空纖維納濾(NF)膜。分析表明,所得膜中表面分離層與增強體之間界面結(jié)合狀態(tài)較好,表面分離層呈致密的海綿狀結(jié)構(gòu)：膜的拉伸曲線存在兩個屈服點,拉伸斷裂強度接近編織管斷裂強度。隨鑄膜液中CA濃度增加,膜的透水率降低,截留分子量(MWCO)減小,脫鹽率增大。當鑄膜液中CA濃度為17%、18%、19%時,所得膜的截留分子量分別為1430、1080、960,對Na2SO4截留率分別達75.8%、94.0%、95.1%。染料分離試驗,隨時間增加,膜的滲透通量和染料去除率保持穩(wěn)定；滲透通量約為7 L·m-3·h-1,剛果紅去除率大于99%,酸性湖藍A去除率大于93%。乳清分離試驗,當進料液濃度為10 g·L-1時,乳清蛋白截留率接近90%;當進料液濃度為50 g·L-1時,乳清蛋白截留率超過80%,膜的滲透通量隨時間增加略有衰減。
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【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893

【參考文獻】

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本文編號：2403474