膜分離技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,尤其近幾十年來(lái)膜技術(shù)的發(fā)展異常迅速。在膜技術(shù)領(lǐng)域,無(wú)論是從實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用還是科研學(xué)術(shù)角度來(lái)看,膜制備都是一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前,膜材料是以石油化工類有機(jī)高分子為主,隨著應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,日積月累,會(huì)產(chǎn)生棘手的白色污染問(wèn)題,勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。此外,石油等化石資源屬于不可再生資源,在日漸衰竭。因此,尋求來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好型膜材料,對(duì)未來(lái)的膜技術(shù)發(fā)展具有重要的意義。本文采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法制備天然高分子纖維素膜,同時(shí)對(duì)纖維素膜的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的表征,探究纖維素膜的成膜機(jī)理;考察纖維素高分子的分子量、鑄膜液中纖維素高分子的濃度、纖維素膜的厚度等對(duì)膜的純水通量以及機(jī)械強(qiáng)度的影響,并探究凝膠浴組分對(duì)纖維素膜的形貌和結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)三聯(lián)平板膜超濾測(cè)試系統(tǒng)、掃描電鏡(SEM)、分子截留量測(cè)試、孔隙率測(cè)試、拉伸強(qiáng)度測(cè)試等手段,對(duì)纖維素膜進(jìn)行表征。具體結(jié)果總結(jié)如下。浸沒(méi)沉淀法制備纖維素膜的條件為:纖維素原料采用棉短絨紙漿板,平均相對(duì)分子質(zhì)量為10.1×10~4 Da,鑄膜液纖維素濃度為4wt%,調(diào)控刮刀的高度為250μm,凝膠浴采用乙醇。此條件下制備而成的纖維素膜屬于超濾膜,水通量為76.66 LMH,機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試,最大拉伸應(yīng)力為1.85 MPa。纖維素膜成膜機(jī)理:鑄膜液與凝膠浴之間發(fā)生傳質(zhì)交換作用,使得纖維素膜形成多孔結(jié)構(gòu),而傳質(zhì)擴(kuò)散的速率對(duì)纖維素膜的形貌、結(jié)構(gòu)有顯著影響。在凝膠浴中,如果破壞了均一穩(wěn)定的纖維素水溶液體系,就會(huì)發(fā)生相變,致使纖維素溶液發(fā)生相變形成海綿狀多孔結(jié)構(gòu)。本文探究了在去離子水、乙醇、異辛烷三種凝膠浴中的成膜行為,前兩者會(huì)發(fā)生相變行為,異辛烷凝膠浴中,不會(huì)成膜,仍然保持均一穩(wěn)定的纖維素水溶液形態(tài)。而在乙醇和去離子水兩種凝膠浴條件下,可能由于乙醇分子較大,水分子較小,凝膠浴滲透到高分子中的速率不一,在去離子水中的成膜速率要比乙醇中快得多,形成的纖維素膜結(jié)構(gòu),通過(guò)SEM進(jìn)行表征,也更為致密,純水通量為21.72 LMH,如此相比,乙醇凝膠浴中成膜的純水通量為76.66 LMH。凝膠浴組分對(duì)纖維素膜的形貌和結(jié)構(gòu)的影響:我們發(fā)現(xiàn)采用不同含量的乙醇水溶液作為凝膠浴進(jìn)行膜制備,對(duì)膜的純水通量,截留分子量以及孔隙率有較大的影響,凝膠浴組分中乙醇含量為40%時(shí),纖維素膜的純水通量最大(266 LMH)。孔隙率測(cè)試,純水中成膜纖維素膜為2.95%,乙醇含量為40%時(shí)出現(xiàn)峰值3.46%,乙醇中成膜孔隙率為2.51%。分子截留量測(cè)試表明,改變纖維素膜的凝膠浴條件,水通量發(fā)生顯著變化,然而膜的截留性能幾乎一致。因此,水通量的變化可能是孔隙率的變化引起。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.893
【部分圖文】：

圖 1-1 膜分離過(guò)程示意圖工業(yè)應(yīng)用的突破在于非對(duì)稱膜的發(fā)展，這種膜由一層非常致密的頂層（厚度 0.1-0.5 微米）和厚度為 50-150 微米的多孔支撐層組成。復(fù)合膜有在保持水通的同時(shí)具有超高的選擇性。如圖 1-2 所示，非對(duì)稱聚砜超濾膜的截面圖，非對(duì)構(gòu)清晰可見(jiàn)。對(duì)于復(fù)合膜而言，物質(zhì)傳輸?shù)慕亓粜阅芡耆Q于超薄的頂層（

非對(duì)稱聚砜超濾膜截面

膜分離過(guò)程示意圖

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本文編號(hào)：2815961