【摘要】：正滲透(FO)作為一種有希望的水處理技術(shù),被廣泛應(yīng)用于廢水處理和海水淡化領(lǐng)域。FO膜是正滲透技術(shù)得以實現(xiàn)的關(guān)鍵因素,然而由于缺少合適的FO膜,其發(fā)展一直受到制約。而理想的FO膜應(yīng)該具備高的分離性能、良好的抗污染性能及化學(xué)穩(wěn)定性。由于聚酰胺(PA)薄膜復(fù)合膜(TFC)制備簡單且分離性能優(yōu)越,是幾種FO膜中最常用的一種。但是通常由芳香性胺和酰氯單體通過界面聚合反應(yīng)得到的致密PA層相對疏水、粗糙且易受攻擊,因此傳統(tǒng)TFC膜具有相對較低的水通量、較高的膜污染傾向及相對較弱的化學(xué)穩(wěn)定性。因此,在本工作體系中對TFC膜的PA層采用了各種表面改性和本體改性來解決以上這些問題。在表面改性方面,我們首先采用超枝化聚乙烯亞胺(PEI)表面改性TFC膜。相比較于空白膜,PEI改性膜表現(xiàn)出更高的親水性、更大的自由體積、更高的水通量及耐污染性。鑒于PEI空間位阻大導(dǎo)致的反應(yīng)活性低,我們又采用了一種小分子叔胺三(2-氨乙基)胺(TAEA)對TFC膜進行表面改性,它在表面改性反應(yīng)中起著胺反應(yīng)單體和催化劑的雙重作用,使得少量TAEA就能讓更多殘留酰氯基團參與反應(yīng),保證高的接枝率及表面改性效率。相比較于空白膜,TAEA改性膜的親水性得到明顯提升,并有效地提高了膜的水通量和抗污染性能。在前面這兩工作的基礎(chǔ)上,我們采用有機膦酸對胺化后的TFC膜進行酸功能化的表面改性,然后再對酸功能化后的膜進行了礦化和金屬化的后處理改性。這種接枝的含N有機膦酸是一種優(yōu)良的阻垢劑,可以為后續(xù)的礦化和金屬化提供大量的絡(luò)和位點,有機膦酸中N和O原子可以協(xié)同與各種金屬進行穩(wěn)定地絡(luò)和。因此,改性膜后膜相比較于空白膜表現(xiàn)出明顯提升的分離性能、抗污染性能(抗有機和無機污染,特別是抗無機污染)、抗菌性和化學(xué)穩(wěn)定性。另外,我們也采用了不同的本體改性法來本調(diào)節(jié)TFC膜的本體性質(zhì)。首先,我們采用三種不同的叔胺催化劑—三乙胺(TEA)、TAEA、六亞甲基四胺(HMTA)對PA層進行本體改性,它們可以通過吸收界面聚合反應(yīng)副產(chǎn)物氯化氫來促進反應(yīng)的進行,得到交聯(lián)度更高的致密PA層。所有改性膜均表現(xiàn)出優(yōu)化的形貌、微觀分子結(jié)構(gòu)及提升的分離性能和抗污染性能。同時我們也比較了它們之間的性能以及探究了叔胺不同分子結(jié)構(gòu)影響。另外,我們將納米材料氧化石墨烯(GO)加入到PA層中制備納米薄膜復(fù)合膜(TFN)。GO的加入賦予了得到的TFN膜更高的親水性、光滑的膜表面,及更高的水通量、反向鹽通量和提升的抗污染性能。除了化學(xué)改性,我們也提出了一種綠色環(huán)保的超聲輔助界面聚合法用于制備高性能的TFC膜應(yīng)用FO過程。界面聚合過程中超聲的引入可以增大兩相單體的混合面積,促進胺單體向有機相的傳遞,從而促進兩相單體的混合及界面聚合反應(yīng)的進行。相應(yīng)地,相比較于空白膜,改性膜表現(xiàn)出大幅度提升的水通量及更低的反向鹽通量。
【圖文】：

）是導(dǎo)致 下降的最主要因素。內(nèi)濃差極化（ICP）存在于基膜孔內(nèi)，極化（ECP）發(fā)生在選擇層表面[6, 8]。對于對稱膜而言，它只存在外濃差極對稱膜則內(nèi)、外濃差極化均存在[4, 8]。如圖 1-2 所示，，在 FO 模式下，從料過來的水透過液會在多孔支撐層的孔內(nèi)稀釋汲取液，導(dǎo)致稀釋的內(nèi)濃差CP），同時，濃縮的外濃差極化（CECP）會在料液側(cè)發(fā)生。FO 模式下，要由 ICP 影響。在 PRO 模式下，隨著料液側(cè)水在多孔支撐層的孔道內(nèi)聚集液側(cè)逆向擴散過來的汲取質(zhì)會變稀，引起 DICP，同樣地，與此同時，稀釋極化（DECP）會在汲取液側(cè)發(fā)生。PRO 模式的 FO 性能主要受 ECP 影響以通過控制操作條件（如流速）來減緩或消除，而內(nèi)濃差極化發(fā)生的位置部，不能被穩(wěn)定地消除。因此，ICP 被認為是導(dǎo)致膜水通量顯著降低的一種。

圖 1-3 TFC 膜表面（左）與斷面（右）形貌 SEM 圖ch 課題組[17]第一次通過界面聚合法，由水相二胺單體和油到了平板 TFC 膜。他們發(fā)現(xiàn)由相轉(zhuǎn)化法制備得到的多孔基，這種在大孔上具有一層很薄海綿狀結(jié)構(gòu)層的基膜更有利的 FO 膜[111]。后來，Wang 和她的同事[110, 115]同樣采用界面砜（PES）中空纖維膜內(nèi)表面或外表面制備得到 PA 選擇層一種平板 TFC 膜，這種 TFC 膜采用的聚砜基膜具有海綿狀狀孔的下層。他們觀察到基膜的結(jié)構(gòu)對最終 FO 性能起到一狀孔相比較于海綿狀孔結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢，因為在指狀孔中的 等人[114]采用磺化改性的聚合物為基膜制備 TFC 膜，發(fā)現(xiàn)基綿狀孔）取決于磺化聚合物的量，磺化含量越多，更傾向進水通量的提升。近期，Song 等人[113]制備了一種以電紡納
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ051.893


本文編號：2709217