隨著人口增長與社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,世界面臨著嚴重的水危機。膜脫鹽法作為再生淡水資源的有效方法,在目前的水處理市場上十分流行。其中,正滲透（Forward Osmosis,FO）技術(shù)以膜兩側(cè)溶液的滲透壓差為驅(qū)動力,使水自發(fā)地從滲透壓低的原料液側(cè)透過半透膜到達滲透壓高的汲取液側(cè)。理論上FO技術(shù)使用的汲取液產(chǎn)生的滲透壓遠大于反滲透技術(shù)中的外壓,這使FO膜具有較高的通量性能。FO技術(shù)無需外壓的特點使其具有低結(jié)垢性能與高膜壽命。此外,在合適的汲取液存在前提下FO技術(shù)可以實現(xiàn)低耗能的優(yōu)勢。但FO技術(shù)的進一步發(fā)展受到了三大因素的阻礙:內(nèi)濃差極化、反向溶質(zhì)擴散和膜污染、折衷效應。要想獲得高效且性能穩(wěn)定的FO膜,就必須對膜進行改性。在本文中我們首先通過單因素實驗探索得到了制備FO膜的最佳工藝:聚砜18wt%、DMAc 73.6wt%、PEG400 8wt%、去離子水0.4wt%制備鑄膜液,刮膜高度150?m,界面聚合后熱處理溫度60℃,熱處理時間5min。將無機納米材料摻雜到FO膜進行改性是一種簡單有效、成本低且環(huán)境友好的方法,可以針對FO技術(shù)的三大局限因素進行改進。本文分別選擇了親水多孔納米羥基磷灰石... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

正滲透與反滲透原理

青島科技大學研究生學位論文5圖1.2復合正滲透膜模型Figure1.2Compositeforwardosmosismembranemodel1.3.2.1支撐層制備膜支撐層的制備方法有層層組裝法、相轉(zhuǎn)化法、靜電紡絲法等，不同方法各有優(yōu)勢，其中相轉(zhuǎn)化法是制備復合正滲透膜常用的方法。浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化過程要包括3個組分：聚合物、溶劑、非溶劑，其中溶劑與聚合物組成鑄膜液，溶劑與非溶劑是互溶的。首先，將鑄膜液傾倒在基板上，然后用刮刀將鑄膜液刮成一定的厚度的液膜。本文使用的基板是玻璃板，也可以使用石英板或者四氟板。膜刮完之后，把附著于基板上面的鑄膜液連同基板一并浸泡到非溶劑里面進行相轉(zhuǎn)化。鑄膜液接觸到非溶劑后，非溶劑會擴散到鑄膜液，鑄膜液中的溶劑會擴散到非溶劑中。隨著溶劑和非溶劑雙向擴散的進行，體系的熱力學不穩(wěn)定性提高，發(fā)生液-液分相，最終鑄膜液中富聚合物相固化成膜，貧聚合物相在其中成為孔結(jié)構(gòu)。使用相轉(zhuǎn)化制備TFCFO膜的過程簡便，對設(shè)備要求低，適合工業(yè)化生產(chǎn)[16]。因此本文實驗制備FO膜選擇相轉(zhuǎn)化法。1.3.3.2活性層制備目前在支撐層上合成致密薄層的方法主要有：浸涂、噴涂、旋轉(zhuǎn)涂覆、界面聚合、原位聚合等。其中界面聚合法操作簡單、反應迅速、制備的膜分離效率高，是制備TFCFO膜薄且致密的活性層的有效方法。界面聚合（InterfacialPolymerization）法是利用兩種反應活性很高的單體在兩種不互溶的溶劑界面處發(fā)生聚合反應，從而在多孔支撐層上沉積一個薄層的過程。通常選擇間苯二胺（MPD)與均苯三甲酰氯（TMC）作為兩種反應單體，選擇去離子水作為水相溶解MPD，選擇正己烷作為有機相溶解TMC。在多孔支撐層表面先后倒入水相和有機相，兩種單體會在水油界面處快速反應生成一層致密的聚酰胺薄膜。一般來說，界面聚合結(jié)束后需要進行適當?shù)臒?

納米材料改性復合正滲透膜應用于脫鹽過程6圖1.3界面聚合原理Figure1.3Principleofinterfaceaggregation1.3.3正滲透技術(shù)發(fā)展局限如前面所總結(jié)，F(xiàn)O技術(shù)有許多優(yōu)勢，有希望替代RO技術(shù)。然而現(xiàn)實中FO技術(shù)的商業(yè)化和進一步發(fā)展卻十分緩慢。完整的FO工藝包括FO過程和汲取液回用過程，要想解決FO技術(shù)發(fā)展的問題，首先要解決局限它的兩大因素：膜的選擇和汲取液再生的能耗問題。1.3.3.1汲取液再生的能耗問題盡管近年來FO技術(shù)取得了進展，但要成功實施該技術(shù)仍需要克服一些挑戰(zhàn)。大多數(shù)主流的報道都將FO定義為“低能耗過程”，實際上FO過程的能量消耗存在混淆。FO中的水自發(fā)滲透通過半透膜的事實并不意味著FO作為分離過程比其他膜過程更節(jié)能。事實上，F(xiàn)O不僅是一種分離過程，而且是一種分離和混合過程。原料液中的水分子穿過膜傳輸與汲取溶液混合以降低其化學勢。為了獲得作為產(chǎn)品的淡水，在FO過程之后需要進一步分離稀釋的汲取溶液。也就是說，完整的正滲透工藝包括正滲透過程和汲取液回用兩個部分。基于熱力學原理和實際動力學要求，用FO進行脫鹽的理論最小能量總是高于沒有FO的脫鹽，使用FO不能降低最小分離能量，比如FO-RO聯(lián)用工藝比單獨的RO工藝消耗更多的電能[18]。但這并不能說明FO技術(shù)在能耗上失去了優(yōu)勢。首先，與低成本熱能的聯(lián)用可以實現(xiàn)FO技術(shù)的低能耗特點。盡管與獨立分離工藝（RO或其他方法）相比，采用FO技術(shù)不能降低最小分離能，但如果可以使用替代的低成本熱能（發(fā)電廠廢熱、太陽能等）來為后續(xù)汲取液分離回用過程提供動力，則FO混合系統(tǒng)仍然可以節(jié)省能量成本，實現(xiàn)低能耗的優(yōu)點。其次，F(xiàn)O技術(shù)更加適合應用于具有挑戰(zhàn)的脫鹽過程中。FO必須與汲取溶液再生過程配對，并且這些混合FO脫鹽系統(tǒng)中研究最多的是FO-RO�；旌闲虵O-R

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[9]聚酯酰胺反滲透復合膜的制備與表征[D]. 婁紅瑞.中國海洋大學 2007
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本文編號：3315618