【摘要】：傳統(tǒng)高分子納濾膜的水通量和截留率存在此大彼小上限平衡難題,并且其抗污染、耐氯性能較差,嚴(yán)重降低其分離性能與使用壽命。納米材料的快速發(fā)展對(duì)推動(dòng)高分子膜材料具有重要意義,二維石墨烯納米材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。但是,石墨烯在水與極性有機(jī)溶劑(成膜溶劑)中分散性較差,極大地限制了其在分離膜材料中的實(shí)際應(yīng)用。為此,本文首先選用或制備在水與成膜溶劑中具有良好分散性的石墨烯衍生物,并用于混合基質(zhì)納濾膜和納米復(fù)合納濾膜結(jié)構(gòu)與性能的改進(jìn),提升其選擇滲透、抗污染及耐氯性能。本文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:(1)以聚醚砜(PES)、磺化聚醚砜(SPES)為主體膜材料,N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑,磺化石墨烯(SG)為二維納米改性劑,采用L-S相轉(zhuǎn)化法制備混合基質(zhì)納濾膜,考察不同SG濃度(0～0.3wt%)對(duì)鑄膜液粘度、膜微觀結(jié)構(gòu)、膜表面親疏水性、化學(xué)組成、水通量、截留率以及抗污染性能的影響。結(jié)果表明:①隨著SG濃度的增大,鑄膜液粘度不斷降低,且SG結(jié)構(gòu)中含有大量磺酸基團(tuán),使得親水位點(diǎn)增多,都會(huì)加速溶劑與非溶劑之間的傳質(zhì)交換速度,有助于發(fā)生瞬時(shí)相分離,從而形成更長(zhǎng)更多的指狀孔;②當(dāng)SG濃度為0.15wt%時(shí),相比于未添加SG的空白共混納濾膜,SPG-15混合基質(zhì)納濾膜對(duì)伊文思藍(lán)截留率保持在98.6%的同時(shí),其水通量從130.5 L·m-2·h-1顯著提升至202.6 L·m-2·h-1,提升幅度達(dá)到55.2%;③SG的引入可以增強(qiáng)混合基質(zhì)納濾膜的親水性能以及荷負(fù)電性能,從而提升其抗污染性能,對(duì)牛血清蛋白(BSA)靜態(tài)抗污染實(shí)驗(yàn)表明,SPG-15混合基質(zhì)納濾膜對(duì)BSA吸附量?jī)H為空白共混納濾膜的1/2。(2)以聚砜(PSf)為基膜的主體膜材料,首先考察NMP、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)三種成膜溶劑對(duì)PSf基膜結(jié)構(gòu)與性能的影響,再以氧化石墨烯(GO)為納米改性劑分散在水相溶液中,在不同基膜上進(jìn)行了界面聚合反應(yīng),制備了 GO復(fù)合納濾膜。結(jié)果表明:①以NMP為成膜溶劑時(shí),基膜表面的孔徑小,且多孔底呈指狀結(jié)構(gòu);以DMF和DMAc為成膜溶劑時(shí),基膜表面的孔徑較大,且多孔底層呈海綿狀結(jié)構(gòu)�；て骄讖揭约八康拇笮∨判�?yàn)?SM-DMFSM-DMAcSM-NMP,對(duì)BSA截留率大小排序則相反;②上述三種基膜所制備的空白復(fù)合納濾膜水通量排序?yàn)?NF-NMP-GO-0NF-DMF-GO-0NF-DMAc-GO-0,其中 NF-DMAc-GO-0 對(duì) Na2SO4 截留率截留率較低,NF-NMP-GO-0和NF-DMAc-GO-0都有較高的截留率(98%),因此,NMP為優(yōu)選的基膜成膜溶劑;③以優(yōu)選的SM-NMP為基膜,當(dāng)水相中GO濃度為40ppm時(shí),所制備的NF-NMP-GO-40復(fù)合納濾膜具有最佳的選擇滲透性能,在保持較高的Na2SO4截留率(98.5%)同時(shí),其水通量達(dá)到46.9L.m-2.h-1,相比于空白共混納濾膜提升了 35.3%,與此同時(shí),由于在活性層嵌入GO能夠有效增強(qiáng)NF-NMP-GO-40復(fù)合納濾膜的親水性與荷負(fù)電性能,降低其膜表面粗糙度,從而提升NF-NMP-GO-40復(fù)合納濾膜的抗污染性能,以BSA為污染源進(jìn)行動(dòng)態(tài)抗污染性能測(cè)試,其通量恢復(fù)率達(dá)到了 88.5%;此外,GO的引入還能有效改善其耐氯性能,經(jīng)次氯酸鈉(NaClO)溶液浸泡72h后,截留率降低至未浸泡前的69.3%。(3)以SM-NMP作為基膜,將經(jīng)過(guò)化學(xué)改性的羧基化超支化聚酯氧化石墨烯(GO-HBPE-COOH)分散于水相溶液中,然后采用界面聚合法制備新型納米復(fù)合納濾膜。結(jié)果表明:①在不改變GO主體結(jié)構(gòu)及片層形貌的前提下,將超支化聚酯(HBPE)成功接枝到GO表面,并完成羧基化;②當(dāng)水相中GO-HBPE-COOH濃度為60 ppm時(shí),所制備的NF-GHC-60復(fù)合納濾膜具有最佳的選擇滲透性能,對(duì)Na2SO4的截留率保持在98%左右,水通量高達(dá)48.0L·m-2·h-1,相比于空白復(fù)合納濾膜提升了 43.7%;③在活性層中嵌入GO-HBPE-COOH能夠有效增強(qiáng)納米復(fù)合納濾膜的抗污染性能,以BSA為污染源進(jìn)行動(dòng)態(tài)抗污染性能測(cè)試,NF-GHC-60的通量恢復(fù)率達(dá)到了 97.5%。經(jīng)NaClO溶液浸泡72h后,截留率降低至未浸泡前的72.1%,耐氯性能得到了改善。
【圖文】：

米級(jí)孔徑（不對(duì)稱納濾膜平均孔徑約２ｎｍ），截留的顆粒物最小粒徑為納米級(jí)別逡逑（約ｌｎｍ），因而改稱之為“納濾膜”［８，９］，納濾和其他膜分離方法及適用范圍如逡逑圖１．１所示。逡逑市場(chǎng)上主流的商品化納濾膜產(chǎn)品以聚酰胺復(fù)合納濾膜為主，我國(guó)的納濾膜研逡逑宄始于２０世紀(jì)８０年代后期，，還處于起步階段，許多研宄尚處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模而目逡逑前能夠工業(yè)化生產(chǎn)的納濾膜只有醋酸纖維素（ＣＡ）納濾膜和三醋酸纖維素（ＣＴＡ）逡逑中空纖維納濾膜，納濾膜質(zhì)量較為優(yōu)良的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家不多，因此國(guó)產(chǎn)化納濾逡逑膜在國(guó)際上的市場(chǎng)份額占比很�。郏叮�，納濾膜市場(chǎng)主要被國(guó)外納濾膜生產(chǎn)商所壟斷，逡逑例如陶氏化學(xué)（Ｄｏｗ－Ｆｉｌｍｔｅｃ）公司的ＮＦ系列，日本東（Ｔｏｒａｙ）公司的ＵＴＣ、逡逑ＳＵ－２００ＮＦ邋系列，美國(guó)邋ＡＭＴ（邋Ａｄｖａｎｃｅｄ邋Ｍｅｍｂｒａｎｅ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）公司的邋ＡＴＦ邋系列，逡逑曰本電工（Ｎｉｔｔｏ邋Ｄｅｎｋｏ）公司的ＮＴＲ－７４００系列等［１Ｕ２］。逡逑１逡逑

物濃度低的聚合物貧相與聚合物濃度高的聚合物富相，這個(gè)過(guò)程稱為液－液分相。逡逑Ｓｔｒａｔｈｍａｍ等［２３］引入了聚合物／溶劑／非溶劑的三元相圖用以表示鑄膜液的熱力學(xué)逡逑性質(zhì)，成膜過(guò)程的三元相圖如圖１．２所示。逡逑在相圖當(dāng)中的三個(gè)頂點(diǎn)分別為聚合物、溶劑、非溶劑三個(gè)組分，圖中的實(shí)線逡逑代表雙結(jié)線，它表示兩相共存的狀態(tài)，在雙結(jié)線左側(cè)是均相穩(wěn)定區(qū)，右側(cè)是兩相逡逑區(qū)，虛線代表旋節(jié)線，旋節(jié)線以內(nèi)表示不穩(wěn)定相區(qū)，可以自發(fā)進(jìn)行相分離。雙結(jié)逡逑線與旋節(jié)線之間的交點(diǎn)被稱作臨界分相點(diǎn)（臨界點(diǎn)），雙結(jié)線與旋節(jié)線之間表示逡逑亞穩(wěn)區(qū)，體系無(wú)法自發(fā)進(jìn)行相分離，但在一定條件下如溫度過(guò)低、含有雜質(zhì)的情逡逑況下可能發(fā)生相分離。相圖中Ａ－Ｄ連線代表了成膜過(guò)程，鑄膜液由初始狀態(tài)Ａ逡逑組成，當(dāng)鑄膜液組成達(dá)到雙結(jié)線上的Ｂ點(diǎn)時(shí)，鑄膜液開(kāi)始發(fā)生液－液分相。Ｃ代逡逑表固化點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ051.893

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656561