化纖廠、電鍍廠、煤加工廠及金屬酸洗等行業(yè)中都會(huì)排出大量酸性廢水,而在印染工業(yè)、制革工業(yè)和石油生產(chǎn)等過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量堿性廢水。這些廢水中含有酸或堿以及一些金屬離子,如果直接排放不僅浪費(fèi)可循環(huán)資源,還對(duì)環(huán)境造成威脅。因此,酸性和堿性廢水必須要經(jīng)過(guò)預(yù)處理,包括對(duì)有用資源回收利用。擴(kuò)散滲析(DD)作為膜分離的一個(gè)典型方法,具有低能耗和環(huán)境友好特點(diǎn)。目前用于制備擴(kuò)散滲析膜的高分子材料主要有聚砜、聚苯醚、聚苯乙烯-二乙烯苯等,大部分都是致密結(jié)構(gòu),不利于離子的傳輸。因此,本文將制備一系列不同孔徑的多孔聚酰亞胺陰離子交換膜(簡(jiǎn)稱陰膜)來(lái)替代傳統(tǒng)的致密膜,用于擴(kuò)散滲析回收酸,但擴(kuò)散滲析過(guò)程中,水從低濃度到高濃度溶液的自發(fā)滲透帶來(lái)的水滲透量也會(huì)增加。因此,本文的另一重點(diǎn)是在不同的操作溫度下,對(duì)多孔膜的水滲透量進(jìn)行研究。并由此分析討論,自主研發(fā)一種微壓新型擴(kuò)散滲析裝置,即在料液側(cè)施加一定的微壓來(lái)抑制水滲透量。第一部分是通過(guò)相轉(zhuǎn)化法制備出一系列具有多孔結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺陰膜,并對(duì)這些膜性能進(jìn)行表征,包括熱重、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等。改變相轉(zhuǎn)化過(guò)程中凝膠浴類型(異丙醇或水),制得的膜具有不同的微觀結(jié)構(gòu)。將該系列陰膜用于擴(kuò)散滲析回收硫酸,改變操作溫度為15-45℃。結(jié)果表明多孔聚酰亞胺陰膜對(duì)酸體系具有較高的滲透性和選擇性,可有效實(shí)現(xiàn)酸鹽混合物的分離,比傳統(tǒng)致密膜具有更高的分離效率。其中,在25℃下,硫酸的滲析系數(shù)為0.00584-0.00781/h,高于商業(yè)S203膜和DF-120膜,且分離因子(S)在25℃可高達(dá)51.3。最后將優(yōu)選出的膜用于探究純醋酸(HAc)的滲透性,結(jié)果表明該膜對(duì)HAc的滲析系數(shù)為0.00239-0.0133 m/h(15-45℃)。另外,對(duì)不同溫度下多孔聚酰亞胺陰膜的水滲透量做了研究,結(jié)果表明水滲透量受膜的結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)操作溫度影響,且水滲透量主要是取決于膜兩側(cè)金屬鹽濃度的不同,當(dāng)溫度為15-45℃時(shí),多孔陰膜的水滲透量范圍在15-47.5 mL。因此,第二部分針對(duì)擴(kuò)散滲析過(guò)程中出現(xiàn)的水滲透現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)性研究,通過(guò)在傳統(tǒng)靜態(tài)擴(kuò)散滲析的滲析側(cè)通入氮?dú)獾姆绞绞┘右欢ㄎ?以有效抑制水的滲透量,同時(shí)可以提高操作通量,進(jìn)而增加過(guò)程的處理量。選用多孔聚酰亞胺陰膜以及商業(yè)陰膜、陽(yáng)膜,除了對(duì)酸和鹽的混合體系進(jìn)行嘗試外,也對(duì)堿和鹽的混合體系進(jìn)行了研究,通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)探究并驗(yàn)證了這種“濃差-壓力”雙驅(qū)動(dòng)下擴(kuò)散滲析過(guò)程的可行性。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.893
【部分圖文】：

逑２．１．２聚酰亞胺陰膜制備逡逑聚酰亞胺陰膜制備方法參照本課題組先前的工作［９７】，如圖２．１所示，制備過(guò)逡逑程主要包括三個(gè)部分：相轉(zhuǎn)化、胺化和季銨化過(guò)程。逡逑（１）

（Ｍｅｍ－Ｉ－５６、Ｍｅｍ－Ｉ－４６、Ｍ．ｅｍ－Ｗ－５６、Ｍｅｍ－Ｗ－４６）在不同溫度下分離效果，優(yōu)選逡逑出綜合性能優(yōu)異的膜用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。此外，同時(shí)使用了自制的聚酰亞胺致密膜逡逑（Ｍｅｍ－Ｄ）作為對(duì)照。如圖２．５所示，五種膜的ＵＨ值隨著溫度的升高明顯增加。逡逑這是因?yàn)闇囟鹊纳呒涌炝穗x子的傳輸速度，離子的擴(kuò)散系數(shù)也得到了相應(yīng)的提逡逑１９逡逑

側(cè)高濃度的金屬鹽，這一猜想也在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中得到證明。除此之外，膜內(nèi)的親逡逑水性季胺基團(tuán)和膜本身的多孔結(jié)構(gòu)也加快了水的滲透。逡逑水滲透體積（Ｖｍｏ）與溫度的關(guān)系如圖２．６所示。Ｍｅｍ－Ｄ具有較低的ＩＥＣ值逡逑和致密結(jié)構(gòu)，相比于多孔膜來(lái)說(shuō)，離子很難滲透。同樣的，水的滲透也很難產(chǎn)生，逡逑所以Ｖｍｏ邋—直低于３ｍＬ。Ｍｅｍ－Ｉ－５６和Ｍｅｍ－Ｉ－４６的水滲透體積（ＶＨ２0）隨溫度變逡逑化的趨勢(shì)相近且隨著溫度的增大而迅速增大。這可能與膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)：Ｍｅｍ－Ｉ－５６逡逑的ＩＥＣ值較高，而Ｍｅｍ－Ｉ－４６的膜孔較大，這兩個(gè)因素都有利于水的滲透。同時(shí)，逡逑親水性的聚合物主鏈高溫下會(huì)在水中會(huì)膨脹，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松，水的吸附作用也得逡逑到增強(qiáng)。因此隨著離子滲透性的增強(qiáng)，更多的水分子滲透到滲析側(cè)。逡逑與Ｍｅｍ－Ｉ－５６和Ｍｅｍ－Ｉ－４６不同，具有淚形孔的Ｍｅｍ－Ｗ－５６和Ｍｅｍ－Ｗ－４６表現(xiàn)逡逑出不同的變化趨勢(shì)。Ｖｍｏ受溫度影響很小，甚至在高溫（４５°Ｃ）時(shí)會(huì)有所下降。逡逑這可能是因?yàn)?

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2814082