超濾分離技術具有環(huán)境友好、分離效率高、適應性強等特點,已被廣泛地應用于水處理領域。但由于傳統(tǒng)超濾膜親水性差、容易污染,其在生產運行中存在能耗高、不易清洗和管理復雜等問題。利用不同類型的無機材料作為添加劑對傳統(tǒng)聚合物膜進行摻雜改性是一種能夠改善膜材料親水性、增強膜滲透性能、降低膜污染的有效策略。然而,將無機材料直接加入到有機聚合物雜化膜中時仍存在一定的瓶頸問題。例如,氧化石墨烯(GO)等無機納米材料添加劑直接用于雜化膜制備時,常因添加劑分散性差、易團聚等問題導致雜化膜表面產生缺陷,進而使雜化膜的過濾及分離效能降低;介孔硅材料(SBA-15)等孔狀添加劑直接應用時,添加劑的有效孔道結構往往會受到膜本體聚合物的干擾,從而消弱了介孔材料添加劑對雜化膜滲透性能的貢獻。為克服以上問題,本文采用親水性聚合物接枝的方式對GO、介孔SBA-15兩種無機添加劑進行表面改性,從而增強兩種添加劑在雜化膜中的性能表現(xiàn)。通過表面引發(fā)原子轉移自由基聚合(SI-ATRP)的方法,在GO表面接枝了親水性聚合物單體甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGMA),成功地制備了改性氧化石墨烯(GO-g-P(PEGMA))添加劑。以聚砜(...

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 日益凸顯的水污染問題
        1.1.2 飲用水水質標準的提高
        1.1.3 常用的水處理工藝
    1.2 超濾技術的發(fā)展與前沿
        1.2.1 超濾技術在飲用水處理領域的應用
        1.2.2 超濾膜污染及控制方法
    1.3 雜化超濾膜添加劑
        1.3.1 有機材料添加劑
        1.3.2 無機材料添加劑
    1.4 氧化石墨烯與介孔SBA-15 添加劑
        1.4.1 氧化石墨烯納米添加劑
        1.4.2 介孔SBA-15 添加劑
    1.5 無機材料添加劑的親水化改性
        1.5.1 親水化改性的優(yōu)勢
        1.5.2 親水性聚合物改性
        1.5.3 聚乙二醇及其衍生物
    1.6 無機添加劑直接應用所存在的問題
    1.7 課題研究目的和意義
    1.8 主要研究內容
第2章 材料與方法
    2.1 實驗試劑與檢測儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器設備
        2.1.3 實驗裝置
    2.2 親水性聚合物改性無機材料的制備
        2.2.1 改性氧化石墨烯的制備
        2.2.2 改性介孔SBA-15 的制備
    2.3 雜化超濾膜的制備
    2.4 改性無機材料及雜化超濾膜的表征及檢測
    2.5 雜化超濾膜的性能測試
        2.5.1 孔隙率測定與平均孔徑計算
        2.5.2 雜化膜水通量的測定
        2.5.3 雜化膜截留率的測定
        2.5.4 序列阻力模型分析
        2.5.5 雜化膜穩(wěn)定性測試
    2.6 常規(guī)水質參數(shù)檢測方法
第3章 聚砜/親水性聚合物改性氧化石墨烯雜化膜的制備與性能研究
    3.1 引言
    3.2 改性氧化石墨烯的表征
        3.2.1 GO-g-P(PEGMA)的傅里葉紅外光譜
        3.2.2 GO-g-P(PEGMA)的熱失重分析
        3.2.3 GO-g-P(PEGMA)表面接枝分子鏈的核磁共振氫譜
        3.2.4 GO-g-P(PEGMA)表面接枝分子鏈的凝膠滲透色譜
    3.3 改性氧化石墨烯的分散性能
        3.3.1 GO-g-P(PEGMA)的透射電鏡微觀形貌
        3.3.2 GO-g-P(PEGMA)在NMP溶液與鑄膜液中的分散性
    3.4 聚砜/改性氧化石墨烯雜化膜的制備與表征
        3.4.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)的制備
        3.4.2 GO-g-P(PEGMA)的添加對鑄膜液粘度的影響
        3.4.3 GO-g-P(PEGMA)在雜化膜表面的分布規(guī)律
        3.4.4 GO-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜表面親水性的影響
        3.4.5 GO-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜表面粗糙度的影響
        3.4.6 GO-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜微觀結構的影響
        3.4.7 GO-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜孔隙率與平均孔徑的影響
    3.5 聚砜/改性氧化石墨烯雜化膜的性能評價
        3.5.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)雜化膜的過濾性能
        3.5.2 PSF/GO-g-P(PEGMA)雜化膜的抗污染性能
        3.5.3 雜化膜序列阻力模型評價與抗污染機理分析
    3.6 不同分子量聚合物接枝的改性氧化石墨烯對雜化膜性能的影響
        3.6.1 PSF/GO-g-P(PEGMA)-n的制備
        3.6.2 GO-g-P(PEGMA)-n對雜化膜親水性的影響
        3.6.3 GO-g-P(PEGMA)-n對雜化膜表面粗糙度的影響
        3.6.4 GO-g-P(PEGMA)-n對雜化膜微觀結構的影響
        3.6.5 GO-g-P(PEGMA)-n對雜化膜孔隙率的影響
        3.6.6 GO-g-P(PEGMA)-n對雜化膜過濾性能的影響
        3.6.7 GO-g-P(PEGMA)-n對雜化膜抗污染性能的影響
    3.7 本章小結
第4章 聚砜/親水性聚合物改性介孔SBA-15 雜化膜的制備與性能研究
    4.1 引言
    4.2 改性介孔SBA-15 的表征
        4.2.1 SBA-g-P(PEGMA)的傅里葉紅外光譜
        4.2.2 SBA-g-P(PEGMA)的小角X射線衍射光譜
        4.2.3 SBA-g-P(PEGMA)的氮氣吸附-脫附分析
        4.2.4 SBA-g-P(PEGMA)的熱失重分析
        4.2.5 SBA-g-P(PEGMA)的掃描電鏡與透射電鏡微觀形貌
    4.3 聚砜/改性介孔SBA-15 雜化膜的制備與表征
        4.3.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)雜化膜的制備
        4.3.2 SBA-g-P(PEGMA)的添加對鑄膜液粘度的影響
        4.3.3 PSF/SBA-g-P(PEGMA)雜化膜的ATR-FTIR光譜
        4.3.4 SBA-g-P(PEGMA)在雜化膜表面的分布規(guī)律
        4.3.5 SBA-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜表面親水性的影響
        4.3.6 SBA-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜表面粗糙度的影響
        4.3.7 SBA-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜微觀結構的影響
        4.3.8 SBA-g-P(PEGMA)的添加對雜化膜孔隙率的影響
        4.3.9 SBA-g-P(PEGMA)在雜化膜中的分散性能
        4.3.10 SBA-g-P(PEGMA)在雜化膜基體中的介孔性能評價
    4.4 聚砜/改性介孔SBA-15 雜化膜的性能評價
        4.4.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)雜化膜的過濾性能
        4.4.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)雜化膜的抗污染性能
    4.5 本章小結
第5章 聚砜/不同分子量聚合物接枝的介孔SBA-15 雜化膜的制備與性能研究
    5.1 引言
    5.2 不同分子量聚合物接枝的改性介孔SBA-15 的表征
        5.2.1 SBA-g-P(PEGMA)-n的制備
        5.2.2 SBA-g-P(PEGMA)-n的小角度X射線衍射光譜
        5.2.3 SBA-g-P(PEGMA)-n的氮氣吸附-脫附測試
        5.2.4 SBA-g-P(PEGMA)-n的透射電鏡微觀形態(tài)
        5.2.5 SBA-g-P(PEGMA)-n的熱失重分析
        5.2.6 SBA-g-P(PEGMA)-n表面接枝聚合物鏈的滲透凝膠色譜
    5.3 聚砜/不同分子量聚合物接枝的改性SBA-15 雜化膜制備與表征
        5.3.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n雜化膜的制備
        5.3.2 SBA-g-P(PEGMA)-n對雜化膜親水性的影響
        5.3.3 SBA-g-P(PEGMA)-n對雜化膜表面粗糙度的影響
        5.3.4 SBA-g-P(PEGMA)-n對雜化膜微觀結構的影響
        5.3.5 SBA-g-P(PEGMA)-n對雜化膜孔隙率的影響
        5.3.6 SBA-g-P(PEGMA)-n在雜化膜基體中的孔道有效性評價
    5.4 聚砜/不同分子量聚合物接枝的改性SBA-15 雜化膜性能評價
        5.4.1 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n雜化膜的過濾性能
        5.4.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)-n雜化膜的抗污染性能
        5.4.3 雜化膜序列阻力模型評價與添加劑作用機理分析
    5.5 本章小結
第6章 改性氧化石墨烯及改性介孔SBA-15 雜化超濾膜處理實際水效能研究
    6.1 引言
    6.2 聚砜/改性氧化石墨烯雜化膜的水處理效果
        6.2.1 過濾水水質
        6.2.2 對實際水中濁度與CODMn的去除效果
        6.2.3 對實際水中微生物與UV254的去除效果
        6.2.4 PSF/GO-g-P(PEGMA)處理實際水的通量與抗污染性能
    6.3 聚砜/改性氧化石墨烯雜化膜的穩(wěn)定性評價
        6.3.1 GO-g-P(PEGMA)添加劑在雜化膜中的穩(wěn)定性
        6.3.2 PSF/GO-g-P(PEGMA)雜化膜的性能穩(wěn)定性評價
    6.4 聚砜/改性介孔SBA-15 雜化膜的水處理效果
        6.4.1 對實際水中濁度與CODMn的去除效果
        6.4.2 對實際水中微生物與UV254的去除效果
        6.4.3 PSF/SBA-g-P(PEGMA)處理實際水的通量與抗污染性能
    6.5 聚砜/改性介孔SBA-15 雜化膜的穩(wěn)定性評價
        6.5.1 SBA-g-P(PEGMA)添加劑的穩(wěn)定性評價
        6.5.2 PSF/SBA-g-P(PEGMA)雜化膜性能穩(wěn)定性評價
    6.6 聚砜/改性氧化石墨烯與聚砜/改性介孔SBA-15 雜化膜的應用價值分析
    6.7 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3737138