聚氯乙烯超滤膜亲水性改性及水过滤性能研究

摘要

超滤技术在水处理中有着广泛的应用,但因为膜污染及膜成本高而限制了超滤膜在水处理及回用中的应用。本论文首次提出并研究了采用浸没凝胶相转化法制备纳米Al2O3/乙酸乙烯酯/PVC共混平板超滤膜的技术,以促进廉价高效膜材料在水处理及回用领域的应用。
　　 本研究以廉价的聚氯乙烯为原料降低膜的成本,利用纳米Al2O3改善膜的亲水性及抗污染性,通过加入乙酸乙烯酯提高成膜性能。膜的微结构表征研究发现,改性后的膜的表面均匀的分布着微小的孔道,上层为一层致密的表皮层,下层为指状孔支撑层,膜的断面结构为典型的非对称结构。
　　 考察了几种不同成份的膜的纯水通量,发现纳米Al2O3/乙酸乙烯酯/PVC复合膜的水通量最大,水通量达到259.9 L·(m2·h)-1;接触角最小为54.26°,表明其亲水性最好,这与其水通量的测定结果相符。机理分析认为,亲水的纳米Al2O3的加入大大改善了膜的亲水性,使膜的接触角降低,从而使表面膜具有较大的表面能,使表面亲水性增强。
　　 以1％a-淀粉酶溶液、模拟啤酒废水、无机物高岭土溶液、生活污水为过滤液,通过考察膜通量随过滤时间变化关系发现,纳米Al2O3/乙酸乙烯酯/PVC复合膜的通量达到稳定值所用的时间最短,且稳定通量值最大。说明纳米Al2O3/乙酸乙烯酯/PVC复合膜的抗污染性最好。
　　 确定了改性PVC超滤膜的配方,各组分在如下范围内,所合成的膜都具有优良的过滤性能:N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)的浓度为82～86％;聚氯乙烯(PVC)的浓度为8～10％;乙酸乙烯酯(VAC)的浓度为1.2～1.4％;纳米Al2O3浓度为1.4～1.8％;六偏磷酸钠的浓度为0.6～1.0％;聚乙烯毗咯烷酮(PVP)的浓度为3.1～3.3％。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 膜分离技术简介

1.1.2 膜分离技术国内外发展状况

1.2 聚氯乙烯膜的改性及研究进展

1.2.1 聚氯乙烯的特性和发展

1.2.2 聚氯乙烯膜的改性研究进展

1.3 膜技术在水处理中的应用

1.3.1 在给水处理中的应用

1.3.2 在废水处理中的应用

1.3.3 海水、苦咸水的淡化

1.4 超滤技术

1.4.1 超滤的基本原理

1.4.2 超滤膜基本结构

1.4.3 超滤膜材料及膜制备方法

1.5 研究纳米共混超滤膜的目的、意义及内容

1.5.1 课题研究的目的和意义

1.5.2 课题研究的主要内容

第2章 实验材料及方法

2.1 试验材料及仪器设备

2.1.1 试验材料

2.1.2 仪器及设备

2.1.3 超滤膜组分的范围

2.1.4 膜制备基本步骤

2.2 膜合成条件的初步试验

2.2.1 铸膜液组成对成膜的影响

2.2.2 温度对成膜的影响

2.2.3 搅拌强度对成膜的影响

2.2.4 添加剂对成膜的影响

2.3 初步试验中发现的问题

2.3.1 纳米氧化铝在铸膜液聚集问题

2.3.2 铸膜液延展性不良问题

2.3.3 膜孔径分布不均问题

2.4 PVC超滤膜制备工艺及控制条件的确定

2.5 本章小结

第3章 共混PVC超滤膜的性能研究

3.1 引言

3.2 膜性能的测定与表征

3.2.1 膜纯水通量的测定

3.2.2 膜亲水性的测定

3.2.3 膜孔隙率、截留率、截留分子量的测定

3.2.4 膜微观结构观察

3.2.5 膜抗污染性实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 不同改性配方对膜通量的影响

3.3.2 膜接触角

3.3.3 膜孔隙率和截留率、截留分子量

3.3.4 膜表面和断面结构

3.3.5 膜抗污染性

3.4 本章小结

第4章 共混PVC超滤膜的形态结构微观分析及膜配方的优化

4.1 引言

4.2 膜SEM分析

4.2.1 膜表面SEM分析

4.2.2 膜断面SEM分析

4.3 膜AFM分析

4.3.1 AFM表面粗糙度计算

4.3.2 AFM分析

4.4 膜EDX分析

4.5 膜污染机理分析

4.6 膜配方的优化

4.6.1 有机溶剂的选择

4.6.2 有机共混添加剂的选择

4.6.3 成孔剂含量的选择

4.6.4 膜配方的确定

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢