薄層復合膜屬于致密膜的一個重要分支,其優(yōu)異的分離性能被眾多研究者關注。薄層復合膜通常由致密分離層、聚合物多孔層和無紡布支撐層三層構成,其突出的特點是可以通過分別調(diào)節(jié)致密分離層和聚合物多孔層的結(jié)構來優(yōu)化膜的性能。但是,常規(guī)的聚合物分離膜由于受到“TRADE-OFF”效應的限制,很難在提高膜通量的同時,維持其優(yōu)異的選擇性。因此,開發(fā)新型膜材料并對薄層復合膜進行優(yōu)化設計,一直是近期的研究熱點。金屬有機骨架（MOFs）材料是一種新型的有機-無機雜化材料。由于其高孔隙率和比表面積、可控的孔形態(tài)結(jié)構以及優(yōu)異的孔道篩分效應等特點,在分離、吸附、催化領域顯示出獨特的優(yōu)勢。研究表明,將金屬有機骨架的多孔性與聚合物優(yōu)異的成膜性相結(jié)合,制備MOFs/聚合物雜化納濾膜,有望突破“TRADE-OFF”限制,實現(xiàn)通量和選擇性的同時提升。本研究利用“界面反應”的自愈性,分別采用了“自組裝與界面反應結(jié)合”和“螯合輔助界面反應”法制備了ZIF-8/PEI-HPAN雜化納濾膜,并對膜的微觀形貌、物理化學性質(zhì)、分離性能做了詳細深入的研究。此外,還通過“復合熱致相分離法”調(diào)控聚醚砜基膜結(jié)構和性能,降低了復合正滲透膜的內(nèi)濃差極... 

【文章來源】：北京工業(yè)大學北京市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 膜分離技術
        1.1.1 定義
        1.1.2 特點及分類
    1.2 分離膜及其制備方法
        1.2.1 常用聚合物膜材料
        1.2.2 無機膜
        1.2.3 分離膜的制備方法
        1.2.4 超薄分離層的制備方法
    1.3 新型膜材料
        1.3.1 金屬有機骨架(MOFs)
        1.3.2 氧化石墨烯(GO)
        1.3.3 水通道蛋白(AQP)
        1.3.4 碳納米管(CNT)
        1.3.5 沸石分子篩
    1.4 薄層復合膜的可設計性
        1.4.1 薄層復合膜的結(jié)構特點
        1.4.2 超薄分離層的可設計性
        1.4.3 聚合物多孔層的可設計性
    1.5 薄層復合膜的應用
        1.5.1 海水和苦咸水淡化
        1.5.2 高濃鹽水處理
        1.5.3 飲用水處理
        1.5.4 工業(yè)廢水處理
        1.5.5 純水和超純水的制備
        1.5.6 能源領域
    1.6 本課題的研究意義
    1.7 本課題研究的主要內(nèi)容
    1.8 課題來源
    1.9 本章小結(jié)
第2章 實驗部分
    2.1 實驗材料與儀器
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 薄層復合膜的制備
        2.2.1 自組裝與界面反應結(jié)合制備ZIF-8/PEI薄層復合納濾膜
        2.2.2 螯合輔助界面反應法制備ZIF-8/PEI-HPAN薄層復合納濾膜
        2.2.3 復合熱致相分離法制備薄層復合正滲透膜
        2.2.4 層層組裝法制備薄層復合正滲透膜
    2.3 納濾膜性能評價
        2.3.1 通量和截留率
        2.3.2 滲透系數(shù)
    2.4 正滲透膜性能評價
        2.4.1 滲透通量和反向鹽通量
        2.4.2 純水透過系數(shù)、鹽透過系數(shù)和截留率
        2.4.3 孔隙率
        2.4.4 結(jié)構因子
    2.5 膜的表征
        2.5.1 掃描電鏡(SEM)分析
        2.5.2 原子力顯微鏡(AFM)分析
        2.5.3 紅外光譜(FTIR)分析
        2.5.4 膜表面親水性表征
        2.5.5 Zeta電位
        2.5.6 粒徑分析及液體zeta電位
        2.5.7 X射線光電子能譜(XPS)
        2.5.8 X射線衍射儀(XRD)
        2.5.9 熔點和結(jié)晶溫度
        2.5.10 拉伸強度和斷裂伸長率
        2.5.11 納米壓痕
    2.6 本章小結(jié)
第3章 ZIF-8/PEI雜化納濾膜的制備及性能表征
    3.1 引言
    3.2 ZIF-8/PEI雜化納濾膜的微觀形貌及物理化學性質(zhì)表征
        3.2.1 粒徑分析
        3.2.2 微觀形貌表征
    3.3 制備條件對膜性能的影響
        3.3.1 靜電組裝過程
        3.3.2 界面反應過程
    3.4 ZIF-8/PEI雜化膜的納濾性能
        3.4.1 不同操作條件對膜分離性能的影響
        3.4.2 長期實驗和抗污性
        3.4.3 性能比較
    3.5 本章小結(jié)
第4章 螯合輔助界面反應法制備ZIF-8/PEI-HPAN薄層復合納濾膜
    4.1 引言
    4.2 ZIF-8/PEI-HPAN復合膜的制備
    4.3 微觀形貌表征
    4.4 制備條件對膜性能的影響
        4.4.1 螯合過程
        4.4.2 界面反應過程
    4.5 ZIF-8/PEI-HPAN復合膜的納濾性能研究
    4.6 ZIF-8/PEI-HPAN復合膜的抗污染性
    4.7 納濾分離性能對比
    4.8 本章小結(jié)
第5章 PA/PES薄層復合正滲透膜的制備及性能研究
    5.1 引言
    5.2 聚醚砜基膜的結(jié)構與性能
        5.2.1 聚醚砜基膜的微觀結(jié)構
        5.2.2 聚醚砜基膜的物理化學性能
        5.2.3 聚醚砜基膜的結(jié)構與性能
    5.3 薄層復合正滲透膜的結(jié)構與性能
        5.3.1 復合膜的微觀結(jié)構
        5.3.2 復合膜的分離性能
    5.4 薄層復合正滲透膜的運行穩(wěn)定性和性能對比
    5.5 本章小結(jié)
第6章 層層組裝法制備薄層復合正滲透膜
    6.1 引言
    6.2 TFC-FO的微觀形貌及物理化學性質(zhì)表征
    6.3 組裝條件對TFC-FO膜性能的影響
        6.3.1 MPD濃度
        6.3.2 TMC濃度
        6.3.3 組裝層數(shù)
    6.4 性能對比
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
符號說明
    1.符號說明
    2.英文縮寫
附錄
攻讀博士學位期間所發(fā)表的學術論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]沸石分子篩膜與多孔碳材料的合成及表征[D]. 張金磊.吉林大學 2013

碩士論文
[1]碳納米管填充聚酰胺反滲透膜的設計與制備[D]. 施國忠.浙江大學 2011



本文編號：3269255