改性醋酸纤维素膜的制备及其分离性能研究

摘要

醋酸纤维素(CA)是一类性能优良的膜材料。本文分别采用纳米二氧化硅(SiO2)、聚乙二醇单甲醚改性的纳米SiO2(MPEG-g-SiO2)以及不同分子量的聚乙二醇(PEG)为添加剂，通过浸入-沉淀相转化的方法制备了油水分离复合超滤膜。考察了添加剂的含量对铸膜液的粘度、超滤膜孔隙率、亲水接触角、力学性能、水通量以及截留率等方面的影响。
　　 首先，通过共混改性的方法制备了CA/SiO2复合超滤膜，并对复合膜进行了表征和评价。结果显示:纳米SiO2粒子的加入，可以使铸膜液的粘度增加、成膜更加容易，孔隙率增大，膜与水的接触角降低、亲水性增强，机械性能得到改善，水通量增大，截留率有所增加;但当添加量超过3wt％时，由于部分粒子发生团聚现象，导致膜的综合性能降低。
　　 然后，为了改善纳米二氧化硅团聚的问题，本文以1，6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为架桥剂，采用具有很强亲水性的聚乙二醇单甲醚(MPEG)与纳米SiO2进行接枝共聚，制备得到MPEG-g-SiO2。将MPEG-g-SiO2与CA进行共混制备超滤膜，并对其进行表征和评价。结果表明:当添加剂MPEG-g-SiO2的添加量为2wt％时，超滤膜的综合性能最佳。此时，铸膜液粘度为1418mPa·S;孔隙率为87.24％;膜表面亲水接触角为40.2°;最大拉伸力为6.14N，断裂伸长率为6.476％;平均纯水通量为84.87mL/cm2·h;对500mg/L乳化油溶液的截留率达到93.4％。
　　 最后，分别采用PEG200、PEG400以及PEG800为添加剂，制备了CA/PEG共混超滤膜，研究了PEG的分子量以及添加量对CA超滤膜结构和性能的影响。实验结果表明:PEG800较PEG200、PEG400的改性效果更佳，且在PEG800添加量为14wt％最为适宜。此时铸膜液粘度为1633mPa·S，孔隙率为88.21％，膜表面亲水接触角为38.1°，最大拉伸力为5.34N，断裂伸长率为6.424％，平均纯水通量为90.1mL/cm2·h，对500mg/L乳化油溶液的截留率达到93.7％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 膜分离技术

1．1．1 膜的定义

1．1．2 膜分离的定义

1．1．3 膜分离的特点

1．1．4 膜的分类

1．1．5 膜的分离机理

1．1．6 膜分离技术的发展

1．1．7 膜分离技术应用简介

1．2 膜材料的选择及膜的制备

1．2．1 膜材料的选择

1．2．2 膜的制备

1．3 醋酸纤维素及其改性方法

1．3．1 醋酸纤维素材料简介

1．3．2 醋酸纤维素膜的改性研究

1．4 本论文的研究背景及内容

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂与仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 平板膜的制备

2．2．2 铸膜液表观粘度的测定

2．2．3 孔隙率(Pr)的测定

2．2．4 扫描电镜(SEM)分析

2．2．5 接触角的测定

2．2．6 膜力学性能测定

2．2．7 纯水通量(F)的测定

2．2．8 截留率(R)的测定

第三章 纳米二氧化硅对超滤膜结构和性能的影响

3．1 引言

3．2 MPEG-g-SiO2的制备

3．2．1 合成路线

3．2．2 制备方法

3．2．3 红外谱图测试

3．2．4 接枝率的测定

3．3 纳米SiO2改性前后对铸膜液粘度的影响

3．4 纳米SiO2改性前后对膜孔隙率的影响

3．5 纳米SiO2改性前后对膜表面形貌的影响

3．6 纳米SiO2改性前后对膜亲水性的影响

3．7 纳米SiO2改性前后对膜机械性能的影响

3．8 纳米SiO2改性前后对膜分离性能的影响

3．8．1 纯水通量的测定

3．8．2 截留率的测定

3．9 本章小结

第四章 聚乙二醇对超滤膜结构和性能的影响

4．1 引言

4．2 不同分子量和不同含量的PEG对铸膜液粘度的影响

4．3 不同分子量和不同含量的PEG对膜孔隙率影响

4．4 不同分子量和不同含量的PEG对膜表面形貌的影响

4．4．1 相同含量不同分子量的PEG对膜表面形貌的影响

4．4．2 不同含量的PEG800对膜表面形貌的影响

4．5 不同分子量和不同含量的PEG对膜亲水性的影响

4．6 不同分子量和不同含量的PEG对膜机械性能的影响

4．7 不同分子量和不同含量的PEG对膜分离性能的影响

4．7．1 纯水通量的测定

4．7．2 截留率的测定

4．8 本章结论

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表文章

致谢