本文關(guān)鍵詞：多孔與層狀納米材料填充混合基質(zhì)反滲透膜的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著淡水資源匱乏及水體污染等問題的日益嚴峻,反滲透技術(shù)在水處理過程中的應(yīng)用越來越廣泛,同時也對反滲透膜的性能提出了更高的要求。高通量、高截留率,并兼具耐污染性是反滲透膜材料的主要發(fā)展方向。然而,反滲透膜的各項性能之間往往存在著效益背反(trade-off)現(xiàn)象,利用傳統(tǒng)的膜改性方法很難同時提高膜的各項核心性能。針對這一問題,本文利用混合基質(zhì)的方法,選用了多孔分子篩和層狀粘土作為納米填充物,通過界面聚合法制備了混合基質(zhì)反滲透膜,將納米材料作為一個新的自由度調(diào)控膜結(jié)構(gòu)與性能。分別利用兩類具有不同孔道結(jié)構(gòu)分子篩的篩分作用,改善膜的分離性能；利用兩類具有不同荷電性納米粘土的電荷效應(yīng),改善膜的耐污染性能,研究了不同納米材料對成膜過程、膜結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的影響,分析了納米材料在膜內(nèi)的作用機理,并結(jié)合制膜條件和后處理工藝的優(yōu)化,獲得了具有高分離性能和耐污染性能的混合基質(zhì)反滲透膜。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下四個方面：(1)基于LTA型分子篩混合基質(zhì)反滲透膜的研究。選用具有LTA結(jié)構(gòu),孔道尺寸為4.1A的NaA分子篩制備混合基質(zhì)膜。針對NaA型分子篩在有機相溶液中易團聚的問題,采用十八烷基三氯硅烷對分子篩進行表面改性,提高了分子篩的分散性,使納米顆粒更有效的參與界面聚合成膜過程。在此基礎(chǔ)上,表征了膜結(jié)構(gòu)和分離性能,含改性NaA分子篩的膜形貌更加規(guī)整,親水性增強,當(dāng)添加量為0.05%時,膜通量約為改性前的1.5倍,截留率也有所提高。最后,研究了分子篩孔道對膜分離性能的影響,證實了孔道篩分和界面間隙具有減少滲透阻力并提高膜通量的作用,適宜的納米孔道結(jié)構(gòu)和良好的顆粒分散性是使分子篩在膜內(nèi)發(fā)揮效用的關(guān)鍵。(2)基于FAU型分子篩混合基質(zhì)反滲透膜的研究。選用具有7.4A大孔道結(jié)構(gòu)的FAU型分子篩制備混合基質(zhì)膜。首先合成了粒徑150nm并具有FAU結(jié)構(gòu)的NaY分子篩,考察了粒子添加方式的影響,將NaY分子篩分散在水相溶液中更易獲得性能良好的復(fù)合膜。在此基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化單體溶液配比、界面聚合時間、分子篩添加量、后處理溶液組成和二次熱處理條件等因素,膜的水通量從39.6L/m2·h提高到86.0L/m2·h,截留率保持在98.4%。最后,利用TEM和XPS表征了聚酰胺內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu),分析了分子篩的分布趨勢和基質(zhì)對分子篩的包裹現(xiàn)象,并基于此提出了納米材料在成膜及分離過程中的作用機理。(3)基于蒙脫石(MMT)混合基質(zhì)反滲透膜的研究。選用荷負電型粘土MMT作為無機添加物制備混合基質(zhì)膜。首先采用剪切力輔助溶脹處理這種"top-down"的方法將MMT片層尺寸控制在200nm,徑厚比20-40,片層具有荷負電性。在此基礎(chǔ)上,研究了MMT添加方式和添加量對膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。MMT的添加使膜表面粗糙度提高,親水性增強,膜通量提高到51.7L/m2·h,截留率為99.0%。最后,以疏水性蛋白和荷負電小分子有機物作為污染物,通過通量的衰減情況和污染前后接觸角變化研究膜的耐污染性,結(jié)果表明,含蒙脫石的混合基質(zhì)膜表面通過電荷排斥和親疏水排斥作用,減少了污染物的沉積,顯著提高了耐污染性能。(4)基于層狀雙氫氧化物(LDH)混合基質(zhì)反滲透膜的研究。選用荷正電型粘土LDH作為無機添加物制備混合基質(zhì)膜。首先采用快速成核、慢速晶化的"bottom-up"方法合成了納米級LDH,通過表征證明了粘土片層具有高結(jié)晶度,尺寸為100nm,徑厚比20～25,并具有荷正電性。將LDH分散在有機相單體溶液中通過界面聚合反應(yīng)成膜,LDH的添加對膜表面形貌和粗糙度影響不大,分離性能略有提高。膜表面Zeta電位和接觸角結(jié)果表明,荷正電粘土LDH降低了膜表面的負電性并提高了親水性。對于陽離子表面活性劑污染物,得益于粘土片層與污染物的靜電排斥作用和膜表面整體荷負電性的削弱,污染物在膜表面的沉積減少,混合基質(zhì)膜的耐污染性能顯著提高。(5)初步探究了同時含有多孔與層狀納米材料的混合基質(zhì)膜,并研究了兩類納米材料的協(xié)同作用。由于層狀粘土的阻隔作用可能會抑制分子篩的孔道作用,多孔與層狀納米材料兩相填充混合基質(zhì)膜的性能提高并不明顯。綜上所述,本論文利用不同納米材料特有的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),實現(xiàn)了對膜通量、截留率和耐污染性的調(diào)控,并探究了納米材料在成膜與分離中作用機理,獲得了高性能混合基質(zhì)反滲透膜,為后續(xù)新型反滲透膜材料的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：分子篩 蒙脫石 層狀雙氫氧化物 聚酰胺 薄層納米復(fù)合 混合基質(zhì)膜 反滲透膜 耐污染
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ028.8
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第1章 緒論15-44
• 1.1 引言15-16
• 1.2 反滲透膜概述16-20
• 1.2.1 反滲透膜的發(fā)展歷程16-17
• 1.2.2 反滲透膜的類型17-18
• 1.2.3 反滲透復(fù)合膜的制備18
• 1.2.4 界面聚合成膜機理18-19
• 1.2.5 反滲透復(fù)合膜的分離機理19-20
• 1.2.6 反滲透復(fù)合膜的應(yīng)用及存在的主要問題20
• 1.3 高通量反滲透膜的設(shè)計方法及研究進展20-26
• 1.3.1 高通量反滲透膜的設(shè)計方法20-21
• 1.3.2 新型分離層及支撐層功能材料的研究21-23
• 1.3.3 界面聚合反應(yīng)過程中的調(diào)控和原位改性研究23-24
• 1.3.4 后處理工藝的研究24-26
• 1.4 耐污染反滲透復(fù)合膜的設(shè)計方法及研究進展26-29
• 1.4.1 耐污染反滲透復(fù)合膜的設(shè)計方法26-27
• 1.4.2 反滲透復(fù)合膜表面物理改性27-28
• 1.4.3 反滲透復(fù)合膜表面化學(xué)改性28-29
• 1.5 提高反滲透膜性能的混合基質(zhì)方法29-41
• 1.5.1 混合基質(zhì)膜概述30
• 1.5.2 混合基質(zhì)膜的類型30-33
• 1.5.3 薄層納米復(fù)合混合基質(zhì)膜的填充材料33-38
• 1.5.4 納米材料的改性38-39
• 1.5.5 納米材料的添加方式39
• 1.5.6 薄層納米復(fù)合混合基質(zhì)反滲透膜的發(fā)展方向39-40
• 1.5.7 層狀粘土-聚合物納米復(fù)合材料40-41
• 1.6 本研究課題的提出及主要工作內(nèi)容41-44
• 第2章 基于LTA型分子篩混合基質(zhì)反滲透膜的研究44-62
• 2.1 前言44-45
• 2.2 實驗部分45-51
• 2.2.1 材料與試劑45-46
• 2.2.2 NaA分子篩的制備46
• 2.2.3 NaA分子篩的改性46-47
• 2.2.4 NaA分子篩的表征方法47-48
• 2.2.5 反滲透復(fù)合膜的制備48-49
• 2.2.6 反滲透復(fù)合膜的表征方法49
• 2.2.7 反滲透復(fù)合膜的分離性能測試49-51
• 2.3 結(jié)果與討論51-61
• 2.3.1 NaA分子篩的表征51-54
• 2.3.2 添加改性NaA分子篩混合基質(zhì)反滲透膜的表征54-57
• 2.3.3 混合基質(zhì)反滲透膜分離性能測試57-59
• 2.3.4 分子篩孔道對膜分離性能的影響59-61
• 2.4 本章小結(jié)61-62
• 第3章 基于FAU型分子篩混合基質(zhì)反滲透膜的研究62-85
• 3.1 前言62-63
• 3.2 實驗部分63-66
• 3.2.1 材料與試劑63-64
• 3.2.2 NaY分子篩的制備64
• 3.2.3 NaY分子篩的表征方法64-65
• 3.2.4 反滲透復(fù)合膜的制備65
• 3.2.5 反滲透復(fù)合膜的后處理65
• 3.2.6 反滲透復(fù)合膜的表征方法65-66
• 3.2.7 反滲透復(fù)合膜的分離性能測試66
• 3.3 結(jié)果與討論66-84
• 3.3.1 NaY分子篩的表征66-69
• 3.3.2 添加NaY分子篩混合基質(zhì)反滲透膜的制備69-72
• 3.3.3 添加NaY分子篩混合基質(zhì)膜的表征72-75
• 3.3.4 添加NaY分子篩混合基質(zhì)膜的分離性能測試75-77
• 3.3.5 NaY分子篩在聚酰胺層內(nèi)的作用機理分析77-81
• 3.3.6 后處理對混合基質(zhì)反滲透膜分離性能的影響81-84
• 3.4 本章小結(jié)84-85
• 第4章 基于蒙脫石混合基質(zhì)反滲透膜的研究85-105
• 4.1 前言85-86
• 4.2 實驗部分86-89
• 4.2.1 材料與試劑86
• 4.2.2 納米蒙脫石的制備86
• 4.2.3 蒙脫石的表征方法86-87
• 4.2.4 反滲透復(fù)合膜的制備87
• 4.2.5 反滲透復(fù)合膜的表征方法87-88
• 4.2.6 反滲透復(fù)合膜的分離性能測試88
• 4.2.7 反滲透復(fù)合膜的耐污染性能測試88-89
• 4.3 結(jié)果與討論89-104
• 4.3.1 蒙脫石的表征89-92
• 4.3.2 蒙脫石添加方式對膜結(jié)構(gòu)和性能的影響92-94
• 4.3.3 添加蒙脫石混合基質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)表征94-97
• 4.3.4 添加蒙脫石混合基質(zhì)膜的分離性能測試97-98
• 4.3.5 蒙脫石對復(fù)合膜表面性質(zhì)的影響98-100
• 4.3.6 添加蒙脫石混合基質(zhì)反滲透膜的耐污染性研究100-104
• 4.4 本章小結(jié)104-105
• 第5章 基于層狀雙氫氧化物混合基質(zhì)反滲透膜的研究105-122
• 5.1 前言105-106
• 5.2 實驗部分106-107
• 5.2.1 材料與試劑106
• 5.2.2 層狀雙氫氧化物的合成106-107
• 5.2.3 層狀雙氫氧化物的表征方法107
• 5.2.4 反滲透復(fù)合膜的制備107
• 5.2.5 反滲透復(fù)合膜的表征與分離性能測試107
• 5.2.6 反滲透復(fù)合膜的耐污染性能測試107
• 5.3 結(jié)果與討論107-121
• 5.3.1 層狀雙氫氧化物的表征107-111
• 5.3.2 添加層狀雙氫氧化物混合基質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)表征111-115
• 5.3.3 添加層狀雙氫氧化物混合基質(zhì)膜的分離性能測試115-116
• 5.3.4 層狀雙氫氧化物對復(fù)合膜表面性質(zhì)的影響116-117
• 5.3.5 添加層狀雙氫氧化物混合基質(zhì)膜的耐污染性研究117-121
• 5.4 本章小結(jié)121-122
• 第6章 多孔與層狀納米材料的協(xié)同調(diào)控122-126
• 6.1 前言122
• 6.2 實驗部分122-123
• 6.2.1 材料與試劑122
• 6.2.2 反滲透復(fù)合膜的制備與分離性能測試122-123
• 6.3 結(jié)果與討論123-125
• 6.3.1 混合基質(zhì)膜與商品膜性能對比123-124
• 6.3.2 同時含有多孔與層狀納米材料的混合基質(zhì)膜124-125
• 6.4 本章小結(jié)125-126
• 第7章 結(jié)論與展望126-130
• 7.1 全文主要結(jié)論126-128
• 7.2 要創(chuàng)新點128-129
• 7.3 不足與展望129-130
• 參考文獻130-149
• 作者簡介149-151

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 王一鳴;許振良;張永鋒;姬朝青;;改進的反滲透膜溶解-擴散模型及其驗證[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報;2010年04期

2 張U

本文編號：367170