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界面聚合制备中空纤维复合纳滤膜的基础研究

作　者: 程喜全
导　师: 邵路
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 纳滤 界面聚合 中空纤维膜 废水处理 染料脱除
分类号: TU991.24
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来以纳滤、超滤等为代表的膜分离技术成为解决全球水资源匮乏危机的新一代技术。纳滤是一种可以用于一价离子与二价离子，或者分子量在200-1000g mol-1之间的有机溶质的膜分离过程。虽然界面聚合技术是一种制备水处理用超薄复合纳滤膜的典型技术，然而这种技术至今主要应用于制备以卷式膜组件为构型的平板纳滤分离膜材料，很少应用于具有更大堆积密度的中空纤维式膜组件的制备。从实际应用的角度来看，中空纤维纳滤膜组件具有更高的性价比和更广阔的应用前景。本课题通过探索不同反应单体的组合，采用界面聚合方法在中空纤维基膜内表面制备了新型、高性能超薄复合纳滤膜。考察了间苯二胺（MPDA）浓度、MPDA浸渍时间、均苯三甲酰氯（TMC）浓度、反应时间、表面活性剂浓度、酸吸收剂浓度等界面聚合条件对所制备的中空纤维复合纳滤膜的性能影响。在此基础上，在界面聚合体系中引入了第二种水相单体（哌嗪），发现通过调节MPDA与哌嗪（PIP）的组成可以获得截留分子量小于300g mol-1，并且具有高达3.14L m-2 h-1 bar-1纯水渗透通量的纳滤膜材料。这种纳滤膜显示出良好的耐压性能，其对不同无机盐截留率的顺序为：R（Na2SO4）>R（MgSO4）>R（NaCl）>R（MgCl2）。本论文进一步研究了新型纳滤复合膜材料对典型染料污染物的节流效果，考察了不同操作压力、进料浓度以及pH值的影响。在特定操作条件下，这种纳滤膜对番红O与苯胺蓝的截留率高达90%以上。更重要的是，这种复合纳滤膜在较宽的pH范围内对这两种染料都呈现出良好的分离性能。当操作压力为6bar、进料浓度为200ppm和pH为11时，新型纳滤膜对番红O的脱除率可达95.32%，苯胺蓝的脱除率可达98.71%。因此，本研究中所制备的新型纳滤膜作为新一代水处理技术在染料废水处理等领域具有潜在的应用前景。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-25
  1.1 课题研究目的和意义  9-10
  1.2 液体分离膜技术概述  10-16
    1.2.1 反渗透(Reverse Osmosis)  11
    1.2.2 纳滤(Nanofiltration)  11-15
    1.2.3 超滤及微滤(Ultrafiltration and Microfiltration)  15
    1.2.4 膜生物反应器(Membrane Biology Reactor)  15
    1.2.5 新型液体分离膜及膜过程  15-16
  1.3 纳滤膜的种类及制备方法  16-20
    1.3.1 纳滤膜种类  16-18
    1.3.2 有机高分子纳滤膜的制备  18-20
  1.4 纳滤膜研究近况  20-25
    1.4.1 耐溶剂平板式纳滤膜研究近况  20-22
    1.4.2 中空纤维式纳滤膜的制备  22-25
第2章 实验内容与方法  25-32
  2.1 实验原料与仪器设备  25-26
    2.1.1 实验原料  25-26
    2.1.2 仪器设备  26
  2.2 中空纤维基膜的制备  26-27
  2.3 中空纤维复合纳滤膜的超薄表层的制备  27-28
  2.4 聚酰胺(PA）/聚醚酰亚胺(PEI）复合纳滤膜的表征及性能测试  28-32
    2.4.1 PA/PEI 复合纳滤膜表面形貌的表征  28
    2.4.2 PA/PEI 中空纤维复合纳滤膜的性能测试  28-32
第3章 PA/PEI 中空纤维复合纳滤膜制备条件的遴选  32-44
  3.1 中空纤维基膜的制备条件  32-33
  3.2 单种胺体系的界面聚合条件的遴选  33-43
    3.2.1 MPDA 浓度的选择  34-35
    3.2.2 MPDA 浸渍时间的选择  35-37
    3.2.3 TMC 浓度的选择  37-38
    3.2.4 反应时间的选择  38-40
    3.2.5 界面聚合条件的进一步优化  40-41
    3.2.6 哌嗪结构的引入对中空纤维复合纳滤膜性能的影响  41-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章 中空纤维基膜及复合纳滤膜的表征及性能探索  44-59
  4.1 中空纤维基膜与中空纤维复合纳滤膜的表面形貌  44-47
    4.1.1 SEM 表征  44-46
    4.1.2 AFM 表征  46-47
  4.2 中空纤维基膜与中空纤维复合纳滤膜的孔径与孔径分布  47-50
  4.3 中空纤维基膜与中空纤维复合纳滤膜分离性能研究  50-52
  4.4 中空纤维复合纳滤膜在染料去除中的应用  52-58
    4.4.1 操作压力对中空纤维复合纳滤膜性能的影响  52-55
    4.4.2 进料浓度对中空纤维复合纳滤膜性能的影响  55-56
    4.4.3 pH 值对中空纤维复合纳滤膜的影响  56-58
  4.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-67
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  67-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 给水工程（上水道工程） > 净水工程（给水处理） > 过滤
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