本文關(guān)鍵詞：脫鹽滲透汽化復(fù)合膜的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和環(huán)境污染現(xiàn)象的與日俱增,人類可用水資源非常稀缺,這已成為很多國家面臨的重大難題。作為全球人均水資源最貧乏的國家,水資源短缺已嚴(yán)重影響到中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活條件。傳統(tǒng)的鹽水淡化技術(shù)由于其自身特點(diǎn),在脫鹽領(lǐng)域過程中存在一定限制。探索新型鹽水淡化技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。滲透汽化脫鹽技術(shù)作為一種近幾年發(fā)展起來的新型脫鹽技術(shù),其突出優(yōu)點(diǎn)是能夠結(jié)合膜法鹽水淡化技術(shù)和熱法鹽水淡化技術(shù)的優(yōu)勢,同時(shí)可以避開了這兩種傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷,成為繼多級閃蒸技術(shù)、低溫多效蒸餾技術(shù)和反滲透技術(shù)等脫鹽技術(shù)之后,解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的水危機(jī)的最有潛力的技術(shù)之一。但是當(dāng)前滲透汽化脫鹽效率相對較低,影響了其在實(shí)際中的應(yīng)用�；诖�,我們提出通過對滲透汽化膜材料及膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),以期達(dá)到提高滲透汽化脫鹽效率的目的。本文通過采用對膜材料及膜結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)等手段,制備了一系列具有高分離效率的滲透汽化復(fù)合膜,并詳細(xì)研究了膜材料與結(jié)構(gòu)對滲透汽化鹽水淡化效率的影響及其之間的相互關(guān)系。1、靜電紡絲納米纖維作為支撐層具有高孔隙率和高度貫通孔結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢。此外,由靜電噴涂制備的聚合物皮層結(jié)晶度較低,其無定型結(jié)構(gòu)使得小分子容易在聚合物內(nèi)部進(jìn)行快速擴(kuò)散�；诖�,采用獨(dú)特的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過靜電噴涂制備了聚乙烯醇(PVA)分離皮層,并通過靜電紡絲制備了聚丙烯腈(PAN)納米纖維作為支撐層,利用聚酯無紡布作為基膜提供復(fù)合膜強(qiáng)度,通過簡單的浸泡交聯(lián),最終成功制備了PVA/PAN納米纖維復(fù)合膜。該復(fù)合膜具有優(yōu)異的滲透汽化分離效率。在室溫下,其對35,000 ppm的氯化鈉(NaCl)溶液進(jìn)行分離,通量可達(dá)736L·m-2·h-1,對NaCl的截留率在99.5%以上。通過研究表明,該復(fù)合膜可以對不同濃度鹽水進(jìn)行有效分離。另外,其分離效率很大程度上決定于皮層厚度,水通量與皮層厚度的倒數(shù)成正比關(guān)系。并且通過對復(fù)合膜進(jìn)行50小時(shí)的連續(xù)操作,證明了該復(fù)合膜在常規(guī)操作條件下具有較好的穩(wěn)定性。2、通過簡單的涂覆法,采用4-磺基鄰苯二甲酸(SPT TA)作為交聯(lián)劑,在PAN超濾膜表面制備了SPTA-PVA皮層,在加熱交聯(lián)后,成功制備了SPTA-PVA/PAN滲透汽化復(fù)合膜。并對分離皮層結(jié)構(gòu)及其滲透汽化性能之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)表征。結(jié)果表明,水分子在含有磺酸基團(tuán)的分離皮層中具有極高的擴(kuò)散能力。在70℃時(shí),對35,000 ppm的NaCl溶液,其水通量可以達(dá)到46.3L·m-2·h-1,截留率可以達(dá)到99.8%以上。隨著皮層內(nèi)磺酸基團(tuán)含量的增大,皮層結(jié)晶度降低,無定形結(jié)構(gòu)增多,并且磺酸基團(tuán)對水合質(zhì)子具有一定的運(yùn)輸能力,故其滲透汽化傳質(zhì)效率增大。皮層厚度仍然對分離效率具有顯著作用,隨著皮層厚度增大,傳質(zhì)效率降低。通過對復(fù)合膜在70℃下進(jìn)行100小時(shí)的連續(xù)操作,證明了該復(fù)合膜在高溫操作條件下具有較好的穩(wěn)定性。3、基于氧化石墨烯(GO)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及分離特性,通過簡單的真空抽濾法,在PAN超濾膜表面得到了GO分離皮層,成功制備了GO/PAN滲透汽化復(fù)合膜。并對制備得到的GO的結(jié)構(gòu)以及GO作為分離皮層與復(fù)合膜整體滲透汽化性能之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)表征。結(jié)果表明,GO層具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和分離性能。GO片層上有一定的羧基,羥基等親水性基團(tuán),且GO層間距為7.36A。水分子在GO層間可以快速傳輸,而水合離子可以被有效截留。在90℃時(shí),對35,000 ppm的NaCl溶液,其水通量可以達(dá)到65.1 L·m-2·h-1,截留率可以達(dá)到99.8%以上。復(fù)合膜可以處理濃度高達(dá)100,000 pp m的NaCl溶液。溫度和傳質(zhì)效率之間復(fù)合阿倫尼烏斯定律。
【關(guān)鍵詞】：鹽水淡化 滲透汽化 復(fù)合膜 聚乙烯醇 交聯(lián) 氧化石墨烯
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要5-8
• 英文摘要8-19
• 第一章 緒論19-43
• 1.1 鹽水淡化技術(shù)的研究進(jìn)展19-34
• 1.1.1 熱法鹽水淡化技術(shù)20-23
• 1.1.2 膜法鹽水淡化技術(shù)23-31
• 1.1.3 熱法-膜法聯(lián)用鹽水淡化技術(shù)31-34
• 1.2 本論文的主要學(xué)術(shù)思想和研究內(nèi)容34-36
• 參考文獻(xiàn)36-43
• 第二章 交聯(lián)聚乙烯醇/聚丙烯腈納米纖維復(fù)合膜的制備及其滲透汽化脫鹽性能研究43-63
• 2.1 引言43-45
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分45-49
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器45-46
• 2.2.2 靜電噴涂聚乙烯醇功能皮層46
• 2.2.3 靜電紡絲聚丙烯腈納米纖維支撐層46-47
• 2.2.4 交聯(lián)聚乙烯醇/聚丙烯腈納米纖維復(fù)合膜的制備47
• 2.2.5 交聯(lián)聚乙烯醇/聚丙烯腈納米纖維復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)表征47-48
• 2.2.6 交聯(lián)聚乙烯醇/聚丙烯腈納米纖維復(fù)合膜的滲透汽化脫鹽性能測試48-49
• 2.3 結(jié)果與討論49-60
• 2.3.1 聚乙烯醇功能皮層的制備及微觀形貌表征49-51
• 2.3.2 聚丙烯腈納米纖維支撐層的制備及微觀形貌表征51
• 2.3.3 交聯(lián)聚乙烯醇功能皮層的結(jié)構(gòu)表征51-56
• 2.3.4 交聯(lián)聚乙烯醇/聚丙烯腈納米纖維復(fù)合膜的微觀形貌表征56-57
• 2.3.5 進(jìn)料液濃度對滲透汽化復(fù)合膜脫鹽效率的影響57-58
• 2.3.6 交聯(lián)聚乙烯醇皮層厚度對滲透汽化復(fù)合膜脫鹽效率的影響58-59
• 2.3.7 操作時(shí)間對復(fù)合膜滲透汽化效率的影響59-60
• 2.4 本章小結(jié)60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 第三章 磺化交聯(lián)聚乙烯醇/聚丙烯腈復(fù)合膜的制備及其脫鹽性能研究63-83
• 3.1 引言63-64
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分64-67
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料64
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器64-65
• 3.2.3 滲透汽化膜的制備65
• 3.2.4 復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)表征65-66
• 3.2.5 復(fù)合膜的滲透汽化脫鹽性能測試66-67
• 3.3 結(jié)果與討論67-79
• 3.3.1 磺化交聯(lián)聚乙烯醇皮層的制備及結(jié)構(gòu)表征67-72
• 3.3.2 復(fù)合膜的微觀形貌表征72-73
• 3.3.3 磺化交聯(lián)聚乙烯醇/聚丙烯腈復(fù)合膜的脫鹽性能表征73-79
• 3.4 本章小結(jié)79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 第四章 氧化石墨烯/聚丙烯腈復(fù)合膜的制備及其滲透汽化脫鹽性能研究83-105
• 4.1 引言83-85
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分85-90
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)儀器85-86
• 4.2.2 氧化石墨烯懸浮液的制備86-87
• 4.2.3 聚丙烯腈超濾膜預(yù)處理87
• 4.2.4 氧化石墨烯/聚丙烯腈復(fù)合膜的制備87-88
• 4.2.5 氧化石墨烯/聚丙烯腈復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)表征88-89
• 4.2.6 氧化石墨烯/聚丙烯腈復(fù)合膜的滲透汽化脫鹽性能測試89-90
• 4.3 結(jié)果與討論90-101
• 4.3.1 氧化石墨烯的制備及結(jié)構(gòu)表征90-95
• 4.3.2 氧化石墨烯/聚丙烯腈復(fù)合膜的微觀形貌表征95-96
• 4.3.3 氧化石墨烯/聚丙烯腈復(fù)合膜的脫鹽性能表征96-101
• 4.4 本章小結(jié)101-103
• 參考文獻(xiàn)103-105
• 結(jié)論105-106
• 致謝106-107
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文107-109
• 導(dǎo)師簡介109-110
• 作者簡介110-111
• 附件111-112

  本文關(guān)鍵詞：脫鹽滲透汽化復(fù)合膜的制備及其性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：379015