發(fā)布時間：2020-06-12 22:25

【摘要】：染料工業(yè)的發(fā)展造成了大量含無機鹽和染料的廢水排放。傳統(tǒng)染料廢水處理方法如化學催化、物理吸附及生物降解等并不能回收利用其中的染料和無機鹽。納濾膜由于具有微孔結(jié)構,可以截留小分子量有機物和無機鹽,被應用于廢液或廢水中有價值物料的回收。但傳統(tǒng)的納濾膜在處理染料廢水過程中同時截留染料和無機鹽,造成染料和無機鹽無法分離作為資源被回收利用,只能作為固體廢物處理,導致另一種環(huán)境污染。針對這一問題,本文采用納米荷電材料共混的方法對納濾膜進行改性,制備有機無機雜化荷電納濾膜,改善選擇性分離性能,以期解決回收物難以利用的問題。選取了不同維度的無機納米材料二氧化硅(SiO_2)、埃洛石納米管(HNTs)和二硫化鉬(MoS_2),經(jīng)偶聯(lián)劑表面修飾后,在其表面接枝兩性離子單體2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿(簡稱磷酰膽堿或MPC)、甲基丙烯酰乙基磺酸基甜菜堿(簡稱磺酸基甜菜堿或SBMA)及兩性離子液體1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMImCl)、1-烯丙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽(AMBA),得到納米荷電材料,最后采用共混法將其引入聚醚砜(PES)基膜材料后加入其它添加劑制備有機無機雜化荷電納濾膜。借用X射線衍射(XRD)、高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)、X射線光電子能譜儀(XPS)、熱重分析儀(TGA)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、原子力顯微鏡(AFM)、水接觸角(WCA)等表征方法及膜性能測試手段,旨在考察不同維度納米材料對膜結(jié)構及分離性能的影響,得到一些有規(guī)律的認識,可以為有機無機雜化荷電納濾膜應用于工業(yè)染料廢水處理提供一些基礎理論支撐。主要研究內(nèi)容如下:SiO_2-PMPC/PES及SiO_2-PSBMA/PES雜化荷電納濾膜制備及性能。采用經(jīng)典Stober法合成了粒徑100~300 nm納米二氧化硅,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑修飾后在其表面成功接枝了聚磷酰膽堿(PMPC)和聚磺酸基甜菜堿(PSBMA),制得納米荷電材料SiO_2-PMPC和SiO_2-PSBMA,通過相轉(zhuǎn)化法制備了雜化荷電納濾膜SiO_2-PMPC/PES及SiO_2-PSBMA/PES。在0.4 MPa下,當SiO_2-PMPC摻雜量為1.5%,SiO_2-PMPC/PES雜化膜對活性黑5和活性綠19的截留率分別達82.6%和92.4%,對無機鹽的截留率低于10%,但水通量有所下降,為79.3 L/(m~2.h);當SiO_2-PSBMA的摻雜量為0.5%,SiO_2-PSBMA/PES雜化膜對活性黑5和活性綠19的截留率分別為97.9%和99.0%,對Na_2SO_4截留率低于13%,對其它鹽的截留率均低于3%,純水通量為147.3 L/(m~2.h)。與空白膜相比,兩種荷電材料的加入均提高了雜化荷電納濾膜的親水性,SiO_2-PSBMA/PES雜化膜具有更高的分離性能和純水滲透性,PSBMA更適宜于納米二氧化硅接枝改性用于雜化膜的制備。HNTs-PSBMA/PES及HNTs-PAMImCl/PES雜化荷電納濾膜制備及性能。選取一維天然埃洛石納米管(HNTs),通過RATRP接枝了PSBMA和聚1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(PAMImCl),采用相轉(zhuǎn)化法制備了雜化荷電納濾膜HNTs-PSBMA/PES和HNTs-PAMImCl/PES。在0.4 MPa下,當HNTs-PSBMA含量為1.0%時,雜化膜對活性黑5和活性綠19的截留率分別為89.2%和98.9%,對無機鹽的截留率小于10%,純水通量為142.7 L/(m~2.h);當HNTs-PAMImCl加入量為1.5%,雜化膜對活性黑5和活性綠19的截留率分別為92.4%和99.1%,對Na_2SO_4的截留率為26.7%,對其它無機鹽的截留率低于2.0%,純水通量為401.7 L/(m~2.h)。兩種一維納米荷電材料的加入均提高了雜化膜的親水性,且隨著納米荷電材料的增加,雜化膜的親水性增強�？傮w來看,加入適宜量的HNTs-PSBMA既可以提高雜化膜的分離性能又保持了更高的水通量,效果最佳;而HNTs-PAMImCl雖然并沒有改善無機鹽的透過性,但卻使雜化膜的水通量提高3倍以上,且依然保持更高的染料截留率。MoS_2-PSBMA/PES及MoS_2-PABMA/PES雜化荷電納濾膜制備及性能。采用NMP和NaOH混合溶液通過溶劑超聲法將商業(yè)二硫化鉬粉末成功剝離為薄層或多層二硫化鉬,同樣經(jīng)表面改性后通過RATRP方法在片層硫化鉬表面接枝了PSBMA和聚1-烯丙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽(PAMBA)。將兩種納米荷電片層材料與聚醚砜(PES)共混,同樣采用相轉(zhuǎn)化法制備了雜化荷電納濾膜MoS_2-PSBMA/PES和MoS_2-PAMBA/PES。在0.4 MPa條件下,當MoS_2-PSBMA含量為1.0%時,雜化膜對活性黑5和活性綠19的截留率分別高達98.2%和99.3%,對無機鹽的截留率小于2%,純水通量為65.8 L/(m~2.h);當MoS_2-PAMBA含量為1.5%時,雜化膜對活性黑5和活性綠19的截留率分別高達93.6%和99.8%,對無機鹽截留率小于13%,純水通量為144.3 L/(m~2.h)。與空白膜相比,兩種雜化荷電納濾膜的親水性均得到改善,且具有更好的分離性能。通過相轉(zhuǎn)化法在自動刮膜機上制備了有機無機雜化荷電平板納濾膜(24cm×35 cm),采用該方法制備的雜化膜具有厚薄均勻、易重復等優(yōu)點。磷酰膽堿、磺酸基甜菜堿及離子液體修飾不同維度納米材料提高了雜化膜表面親水性、皮層厚度,但對雜化膜的純水通量、染料截留率及選擇性卻有不同的影響。對比所制備雜化荷電膜,MoS_2-PSBMA/PES具有最佳的分離性能,對活性染料的截留率保持在98%以上,而對無機鹽的截留率只有2%;而離子液體的加入可以使膜的水通量明顯提高。
【圖文】：

1 緒論量的水資源，染料及紡織工業(yè)的發(fā)展造成了大量。隨著人們對環(huán)境保護的加強和對環(huán)境惡化的零來了很大的壓力。一方面這些染料廢水為有機鏈過度排放會導致水體惡化[1-3]。另一方面，活性染的織物著色，由于工藝的需要經(jīng)常加入無機鹽如氯SO4）以提高染料收率或織物著色率[4-7]。傳統(tǒng)染料活性炭或聚合物吸附處理等不能回收利用廢水中離方法用于染料廢水回收染料時往往伴隨著大量的需要找到一種有效的無機鹽和染料分離處理方法

圖 1.2 膜分離技術示意圖Figure 1.2 Schematic diagram of the membrane separation technology荷電納濾膜的分離機理反滲透膜類似，荷電納濾膜的分離過程也屬于壓力驅(qū)動型膜，但滲透膜低很多。根據(jù)目前研究報道，荷電納濾膜的分離機理并沒，，學術界普遍接受的幾個分離機理主要包括：非平衡熱力學模型細孔模型、摩擦模型及靜電排斥和立體阻礙模型等。1）非平衡熱力學模型平衡熱力學模型也稱為不可逆過程熱力學模型，是建立在非平衡上發(fā)展起來的前沿領域，其研究對象為不可逆過程，這些過程隨變狀態(tài)，發(fā)展方向一般是從非平衡態(tài)趨向平衡態(tài)，如擴散、熱傳典型的不可逆過程[22-24]。在應用非平衡熱力學模型來解釋荷電膜分
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ051.893

【參考文獻】

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1 張倩;沈沖;孟琴;;磺基甜菜堿接枝共聚物共混改性聚砜超濾膜的研究[J];高�；瘜W工程學報;2014年06期

2 余亮;張亞濤;劉金盾;;改性氧化石墨烯/聚醚砜雜化荷正電納濾膜的制備及表征[J];高等學校化學學報;2014年05期

3 宋杰;周勇;高從X&;;有機-無機雜化復合膜的研究進展[J];水處理技術;2013年01期

4 李琳;辛忠;陸馨;;磷酰膽堿共聚物(MPC-co-EHMA)的合成及對聚氨酯膜的生物相容性影響[J];高分子材料科學與工程;2012年03期

5 張景亞;張浩勤;譚翎燕;喬歡歡;劉金盾;;浸漬-界面聚合法制備荷電鑲嵌膜[J];高�；瘜W工程學報;2008年06期

6 沈惠玲;彭曉燕;肖長發(fā);;聚醚砜對PES/SiO_2雜化膜性能的影響[J];化工新型材料;2008年05期

7 崔龍哲;吳桂萍;鄧克儉;;質(zhì)子化剩余污泥吸附染料的性能及機理[J];化工學報;2007年05期

8 楊亞楠;王鵬;鄭慶柱;;溶膠-凝膠法制備聚砜/二氧化鈦有機-無機雜化超濾膜[J];化學學報;2006年06期

9 張浩勤,陳衛(wèi)航,范國棟,劉金盾,楊艷紅;荷電鑲嵌膜的制備與表征[J];華東理工大學學報(自然科學版);2005年02期

10 張浩勤,范國棟,劉金盾,方文驥,郭新永;界面聚合制備復合荷電鑲嵌膜[J];高�；瘜W工程學報;2005年02期

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1 張玉;甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿及其共聚合物的合成[D];天津大學;2008年

本文編號：2710198