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新型聚酰亚胺—酯反渗透复合膜材料功能单体制备及成膜过程研究

作　者: 茅佩卿
导　师: 徐振元；刘立芬
学　校: 浙江工业大学
专　业: 应用化学
关键词: N,N’-二甲基间苯二胺 N,N’-二乙基间苯二胺聚酰亚胺-酯成膜过程耐氧化
分类号: TQ320.721
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

反渗透被称为21世纪的净化水技术,在水资源日益紧张的今天其重要性更加突出。芳香聚酰胺类反渗透复合膜因其优异的性能已逐渐成为反渗透膜产品的主流,但这类膜普遍存在易污染、易氧化的缺点,这也是反渗透过程中存在的两大主要问题。本论文通过开发新的功能单体和膜材料来改善聚酰胺类反渗透复合膜抗氧化性差的问题,并为后续的反渗透膜研究提供理论依据。N,N’-二甲基间苯二胺(DMMPD)和N,N’-二乙基间苯二胺(DEMPD)是根据聚酰胺膜氧化降解机理而设计的一种多元胺类功能单体,它们与5-氯甲酸酯异酞酰氯(CFIC)聚合制备的新型聚酰亚胺-酯类复合膜耐氧化性能非常突出。本论文以间苯二胺为原料,分别采用甲酸和乙酸酐为酰化试剂,合成中间体N,N’-二甲酰基间苯二胺和N,N’-二乙酰基间苯二胺后,在NaBH4-I2/THF体系中还原得到产品。考察了原料配比、反应时间、溶剂用量等对反应结果的影响。在适当的反应条件下,DMMPD总收率可达76.6%,远高于文献报道的收率;DEMPD总收率最高可达80.2%。与已有方法相比,该法原子利用率更高,反应条件要求低,还原试剂更温和、更安全且价格更便宜,收率也高。通过单面界面聚合法制得DMMPD-CFIC、DEMPD-CFIC和MPD-TMC反渗透复合膜,使用原子力显微镜、扫描电镜、X-射线光电子能谱仪和全反射傅立叶红外光谱仪对三种膜的活性层结构进行表征。三种膜的表面结构均呈峰谷状,其活性层很薄,厚度均在0.2μm左右。DMMPD-CFIC、DEMPD-CFIC膜的活性层中均含有氧甲酰叔胺基(-OCONR-)、叔酰胺基(-CONR-)、羧基(-COOH)和羟基(-OH),MPD-TMC膜的活性层含有酰胺基(-CONH-)和羧基(-COOH)。三种膜分离层的化学结构包括线性悬挂型和全交联型结构,其中TMC-MPD和DMMPD-CFIC膜含有大量的线性悬挂羧基型结构,DEMPD-CFIC膜为大量的线性悬挂羟基-羧基型结构。讨论了水相溶剂、有机相溶剂、单体浓度、水相pH值、反应时间及热处理温度和时间等因素对DMMPD-CFIC、DEMPD-CFIC膜性能的影响,确定较佳的制膜条件,同时分析了DMMPD-CFIC、DEMPD-CFIC膜脱盐率不高的原因。采用活性氯浸泡法评价DMMPD-CFIC、DEMPD-CFIC和MPD-TMC膜的耐氧化性能并比较浸泡前后膜片的FTIR-ATR谱图,证实DMMPD-CFIC和DEMPD-CFIC膜确实具有优异的耐氧化性能。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章文献综述  13-27
  1.1 反渗透复合膜发展概括  13-18
    1.1.1 概述  13-15
    1.1.2 反渗透膜的结构  15-16
    1.1.3 反渗透复合膜功能材料  16-18
  1.2 反渗透过程中存在的重要问题——膜氧化  18-20
    1.2.1 前言  18-19
    1.2.2 膜氧化降解机理  19-20
  1.3 提高反渗透复合膜耐氧化性能的途径  20-22
    1.3.1 研制新的耐氧化膜材料  20-21
    1.3.2 膜改性  21-22
  1.4 反渗透复合膜的制备——界面聚合法  22-24
  1.5 反渗透复合膜性能评价  24-25
    1.5.1 膜分离性能测定  24
    1.5.2 膜结构表征  24-25
    1.5.3 耐氯性能评价  25
  1.6 本论文工作的提出  25-27
第二章关键功能单体合成  27-40
  2.1 前言  27
  2.2 合成方法选择  27-30
    2.2.1 DMMPD 和DEMPD 的合成方法  27-29
    2.2.2 研究方法和体系的选择  29-30
  2.3 实验部分  30-35
    2.3.1 实验仪器及试剂  30
    2.3.2 DMMPD 的合成实验  30-31
    2.3.3 DEMPD 的合成实验  31
    2.3.4 化合物结构鉴定  31-35
  2.4 结果与讨论  35-39
    2.4.1 DFMPD 合成条件探讨  35-36
    2.4.2 DMMPD 合成条件探讨  36-37
    2.4.3 DAMPD 合成条件探讨  37-38
    2.4.4 DEMPD 合成条件探讨  38-39
    2.4.5 还原机理分析  39
  2.5 本章小结  39-40
第三章新型聚酰亚胺-酯反渗透复合膜材料的结构表征及成膜过程研究  40-65
  3.1 前言  40
  3.2 实验部分  40-42
    3.2.1 原料及试剂  40-41
    3.2.2 仪器及装置  41
    3.2.3 复合膜的制备  41-42
    3.2.4 复合膜性能测试  42
  3.3 结果与讨论  42-63
    3.3.1 复合膜超薄活性层结构的表征  42-52
    3.3.2 复合膜的分离性能  52-54
    3.3.3 新型聚酰亚胺-酯反渗透复合膜成膜过程研究  54-63
    3.3.4 DMMPD-CFIC、DEMPD-CFIC 膜脱盐率难以提高原因分析  63
  3.4 本章小结  63-65
第四章新型聚酰亚胺-酯反渗透复合膜耐氧化性能评价  65-71
  4.1 前言  65
  4.2 实验部分  65-67
    4.2.1 试剂及药品  65
    4.2.2 膜  65-66
    4.2.3 仪器  66
    4.2.4 NaClO 溶液活性氯浓度的标定  66-67
    4.2.5 反渗透复合膜耐氧化性能测试  67
  4.3 结果与讨论  67-70
    4.3.1 反渗透复合膜耐氧化性能评价  67-69
    4.3.2 FTIR-ATR 分析  69-70
  4.4 本章小结  70-71
第五章结论与展望  71-73
  5.1 结论  71-72
  5.2 展望  72-73
参考文献  73-81
致谢  81-82
攻读学位期间发表的学术论文目录  82

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