聚氯乙烯/亲水性有机聚合物共混改性膜的制备及其净水效能研究

摘要

超滤分离技术是近年来发展起来的一种高效新型分离技术，与传统的分离方法相比有很明显的优势，目前已被广泛应用于水质净化、食品工程、医药等很多领域。但是，超滤技术在应用过程中存在两个主要问题：一是膜在使用过程中，易被污染导致通量的急剧下降；二是膜骨架材料价格高，导致膜制备成本高。
　　本研究提出以亲水性高分子与聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）共混制备超滤膜，旨在研发一种成本低廉的抗污染超滤膜。其中以廉价的聚氯乙烯为骨架材料，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为成孔剂，N-N二甲基乙酰胺（DMAC）为溶剂，分别采用吐温-80（Tween80）、聚乙二醇300（PEG300）、聚乙二醇1000（PEG1000）、聚乙二醇20000（PEG20000）等高分子材料对膜进行亲水性改性。
　　通过对膜的微观结构表征，发现所制备的膜均形成了典型的非对称结构，膜上层为致密分离层，下层为指状孔支撑层。改性剂的加入没有改变膜的结构，不改变成膜机理。研究发现，上述添加剂均能在不同程度上改善PVC膜材料的亲水性能，当膜中Tween80、PEG300、PEG1000、PEG20000含量分别为6wt％、8 wt%、8 wt%、6 wt%时，膜材料的表面接触角分别降低57%、29%、39%、40%。分析认为，上述高分子带有亲水性基团，它们的加入能不同程度的增加膜的表面能，改善膜的亲水性。
　　本研究以大庆油田压裂液废水为过滤液，考察了PVC膜改性前后的抗污染性能。研究发现，PEG1000/PVC膜有较好的抗油污染能力，膜污染程度低于纯PVC膜。当膜中PEG1000含量为6 wt%时，通量恢复率能达到63.2%。分析认为，改性膜的抗污染性主要是因为膜的亲水性基团在膜表面形成了一层亲水性基团刷，油滴要吸附在膜表面需要克服阻力，要耗能，吸附过程不易进行。
　　研究还发现，膜的厚度会影响膜的机械强度和膜的通量。膜的亲水性改善，膜组分在水中更易流失，因此，膜的机械性能会受到影响，选择一种既能提高膜的亲水性又不影响膜机械强度的添加剂是十分必要的。在本研究中还制备了以涤纶纤维管为支撑层的复合膜，相对于平板膜，复合膜有更好的机械强度及通量。将复合膜用于长期净水效能研究，发现改性膜的通量较未改性膜的通量高14%，膜通量的衰减率低23%。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 超滤技术概述

1.3 超滤膜技术研究进展

1.4 膜污染问题

1.5 分离膜的制备及成膜机理

1.6 聚氯乙烯超滤膜及其研究进展

1.7 本课题的研究意义及研究内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验部分

2.2 PVC超滤膜的制备

2.3 PVC超滤膜的表征

2.4 膜组件制备

2.5 本章小结

第3章 聚氯乙烯/亲水性聚合物共混改性膜的制备

3.1 引言

3.2 Tween80/PVC共混超滤膜的制备

3.3 PEG/PVC共混超滤膜的制备

3.4 本章小结

第4章 改性膜的净水效能研究

4.1 引言

4.2 改性膜过滤NOM水溶液的实验研究

4.3 改性膜过滤压裂废水实验研究

4.4 膜组件净化自来水的效能研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢