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超滤膜抗污染界面的构建及分离性能研究

作　者: 孙萌萍
导　师: 苏延磊
学　校: 天津大学
专　业: 化学工艺
关键词: 抗污染超滤膜改性分离性能
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超滤膜分离技术是节能、高效的新型分离技术。但超滤过程中出现的膜污染现象导致通量降低,分离性能劣化。本研究采用多种的改性方法,构建超滤膜抗污染界面,提高超滤膜分离的性能。采用膜表面化学改性的方法,对PAN超滤膜进行化学水解,得到了PAN水解膜。水解膜表面产生的羧基基团与乙醇胺进一步反应,创造抗污染的亲水性膜表面。XPS和接触角实验结果表明:改性后的膜表面酰胺基团含量增加,膜亲水性增强。SEM照片显示对PAN超滤膜的表面化学改性后,PAN超滤膜仍保持非对称结构。超滤实验数据表明:表面化学改性可有效提高PAN超滤膜的抗污染性能。随亲水基团在膜表面含量的增加,膜的通量恢复率由PAN空白膜的47%上升至96%,且经多次重复使用以后,PAN水解改性膜的通量恢复率仍可达到95%。合成含氟无规聚丙烯腈(PAN-PFMA)共聚物膜材料,含氟基团用于构建抗污染界面,相转化方法制备了PAN-PFMA超滤膜。重点考察了溶剂蒸发时间对PAN-PFMA超滤膜性能的影响。SEM照片显示:PAN-PFMA膜断面形态为疏松的海绵状结构。随溶剂蒸发时间的延长,膜的厚度逐渐降低。XPS数据表明:膜表面氟元素含量随溶剂蒸发时间的延长而提高,但是膜的接触角降低。通过延长溶剂蒸发时间,可以显著提高PAN-PFMA共聚物超滤膜的分离性能和抗污染性能。以聚乙烯吡咯烷酮-二氧化硅纳米颗粒复合物(PVP-silica nanocomposite)为添加剂,构建了抗污染界面,制备了具有抗污染性能的PES/PVP-silica超滤膜。PVP-silica纳米颗粒的粒径为20-40nm左右。SEM照片显示PVP-silica纳米颗粒的添加并未对PES超滤膜的膜结构造成明显改变。XPS数据表明PVP-silica纳米颗粒的加入提高了PVP在膜表面的覆盖度。相对PES-PVP对照膜,PES/PVP-silica超滤膜具有较高的通量恢复率和较低的蛋白质污染。进一步分析表明:PES/silica-PVP改性超滤膜的膜污染主要来源于可逆污染,水力清洗可以很容易消除可逆污染。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
前言  8-9
第一章文献综述  9-18
  1.1 研究背景  9-10
    1.1.1 超滤过程简介  9-10
    1.1.2 超滤过程中的膜污染  10
  1.2 膜材料的改性方法  10-13
    1.2.1 基体改性  11-12
    1.2.2 表面改性  12-13
  1.3 膜表面改性分子的研究  13-15
    1.3.1 两性离子形成离子键  13-14
    1.3.2 聚乙二醇（PEG）或聚氧乙烯（PEO）类聚合物  14-15
    1.3.3 其他抗污染材料  15
  1.4 抗污染机理研究进展  15-17
    1.4.1 表面偏析理论  15-16
    1.4.2 表面电荷理论  16
    1.4.3 水化层理论  16-17
  1.5 研究内容  17-18
第二章化学改性方法制备抗污染超滤膜  18-33
  2.1 引言  18
  2.2 试验材料与方法  18-26
    2.2.1 主要实验试剂  18-19
    2.2.2 主要实验仪器与设备  19
    2.2.3 PAN 水解改性膜的制备  19-22
    2.2.4 PAN 水解改性膜的表征  22-24
    2.2.5 PAN 水解改性膜的分离性能  24-25
    2.2.6 超滤过程中的各项污染指数分析  25-26
  2.3 结果与讨论  26-31
    2.3.1 PAN 水解改性膜的表征结果  26-28
    2.3.2 PAN 超滤膜水解改性前后超滤分离性能评价  28-30
    2.3.3 PAN 水解改性膜的抗污染机理  30-31
    2.3.4 PAN 水解改型膜的可重复利用性  31
  2.4 小结  31-33
第三章含氟共聚物膜材料制备抗污染超滤膜  33-42
  3.1 前言  33
  3.2 试验材料与方法  33-36
    3.2.1 主要实验试剂  33-34
    3.2.2 主要实验仪器与设备  34
    3.2.3 PAN-PFMA 无规共聚物的制备  34
    3.2.4 PAN-PFMA 共聚物膜的制备  34-35
    3.2.5 PAN-PFMA 膜的表征  35
    3.2.6 PAN-PFMA 膜分离特性评价  35-36
  3.3 结果与讨论  36-41
    3.3.7 PAN-PFMA 共聚物膜的表征结果  36-38
    3.3.8 PAN-PFMA 共聚物膜表面的化学组成  38-39
    3.3.9 PAN-PFMA 膜的分离特性  39-40
    3.3.10 不同的溶剂蒸发时间对PAN-PFMA 膜截留率和通量恢复率的影响  40-41
  3.4 小结  41-42
第四章无机纳米颗粒复合物制备抗污染超滤膜  42-55
  4.1 前言  42
  4.2 试验材料与方法  42-44
    4.2.1 主要实验试剂  42-43
    4.2.2 主要实验仪器与设备  43
    4.2.3 Silica-PVP 纳米颗粒的制备  43
    4.2.4 PES 改性超滤膜的制备  43-44
    4.2.5 PES 改性膜表征  44
    4.2.6 PES 改性膜分离特性评价  44
  4.3 结果与讨论  44-53
    4.3.1 PES/silica-PVP 纳米颗粒  44-45
    4.3.2 PES 改性膜的表征结果  45-53
  4.4 小结  53-55
第五章结论  55-56
参考文献  56-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

超滤膜抗污染界面的构建及分离性能研究

内容摘要

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