聚芳醚砜酮基分离膜在环丁砜溶液浓缩中应用

摘要

有机物质的有效回收与再利用是工业废水处理中一个不可缺少的部分，膜法水处理技术受到越来越广泛的应用。含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮(PPESK)材料具有较高的玻璃化转变温度，良好的溶解性、机械性能和化学稳定性，是一类优良的分离膜制备材料。本文以含二氮杂萘酮结构PPESK为膜材料制备了不同类型的分离膜，分别对环丁砜水溶液进行分离浓缩尝试，为膜法浓缩技术在类似体系中应用进行了探索。 以PPESK为基膜，以TMC为油相单体，PIP与MPD分别为水相单体，采用界面聚合工艺制备复合膜，考察了PPESK超滤基膜、单体浓度、界面聚合时间等因素对复合膜性能的影响。在20℃、1.0MPa下，分别选用对1g·L-1Na2SO4溶液截留率为96％的PPA/PPESK膜和对2g·L-1KCl溶液截留率为94％的PA/PPESK膜对环丁砜水溶液进行分离截留尝试，它们对环丁砜的截留率分别达到64％、84％，对溶液中盐的截留率分别为72％、90％，渗透通量为16.8L·m—2·h-1和6.5L·m—2·h-1。选取两种复合膜浸入100g·L-1环丁砜溶液中进行为期90天的静态浸泡考察表明PA/PPFSK膜在环丁砜溶液中的稳定性更好。 采用PA/PPESK膜在静态平板膜测试仪中模拟膜法二组浓缩环丁砜溶液过程，将一级膜分离渗透液作为二级浓缩进料液，确定一级、二级浓缩比例分别为50％和90％，在50℃、1.5MPa下，浓度为10g·L-1、电导率为2x103μS·cm-1的坏丁砜溶液经二级浓缩后，两级浓缩液环丁砜浓度分别为20g·L-1和18.5g·L-1，二级浓缩渗透液环丁砜浓度约为0.2g·L-1，电导率约为0.01x103μS·cm-1。PA/PPESK膜在24h连续分离20g·L-1、电导率约为3x103μS·cm-1的环丁砜浓缩液过程运行稳定。 将PPESK材料氯甲基化，采用相转化法制备CMPPESK非对称膜，再进行季铵化改性制备了QAPPESK纳滤膜，考察铸膜液溶剂与添加剂种类与含量、聚合物浓度、胺化试剂组成、胺化温度等工艺条件对膜性能的影响，优化工艺条件制制得QAPPESK纳滤膜在0.4MPa下对1g·L-1MgCl2溶液的截留率可达93％，溶液渗透通量为15L·m—2·h-1。 选取QAPPESK纳滤膜进行环丁砜分离尝试，考察操作温度与压力对膜性能的影响，确定该膜分离环丁砜溶液的最佳条件是50℃、1.0MPa，在该条件下PPESK纳滤膜连续分离环丁砜溶液，发现当浓缩比例小于60％时，膜对环丁砜的截留率从44％增加到54％，渗透通量在14.8L·m—2·h-1至14L·m—2·h-1，在此过程中膜运行平稳。对该类膜分离浓缩环丁砜的长期稳定性还需进一步探索。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1 文献综述

1.1膜分离技术概述

1.1.1膜分离技术的发展简史

1.1.2膜定义及分类

1.1.3膜分离过程及特点

1.2反渗透和纳滤

1.2.1 反渗透和纳滤的分离特性

1.2.2反渗透和纳滤的传质机理及模型

1.2.3反渗透膜和纳滤膜的制备

1.3反渗透、纳滤技术在有机物分离浓缩中应用

1.4论文选题的目的、意义及主要内容

2聚芳醚砜酮基复合纳滤／反渗透膜的制备

2.1 实验部分

2.1.1原料与仪器

2.1.2聚芳醚砜酮超滤基膜的制备

2.1.3超滤膜分离性能测试

2.1.4聚芳醚砜酮基复合纳滤／反渗透膜的制备

2.1.5膜结构观察

2.1.6 PPA／PPESK膜及PA／PPESK膜分离性能测试

2.2结果与讨论

2.2.1超滤基膜性能

2.2.2超滤基膜对复合膜性能的影响

2.2.3 PPA／PPESK膜性能的影响因素

2.2.4 PA／PPESK膜性能的影响因素

2.3本章结论

3 聚芳醚砜酮基复合膜对混合溶液中环丁砜分离浓缩应用研究

3.1 实验

3.1.1原料及试剂

3.1.2环丁砜浓度测试方法

3.2结果与讨论

3.2.1 聚芳醚砜酮基复合膜对环丁砜溶液一次截留效果

3.2.2操作压力对聚芳醚砜酮基复合膜性能的影响

3.2.3操作温度对聚芳醚砜酮基复合膜性能的影响

3.2.4聚芳醚砜酮基复合膜静态稳定性考察

3.2.5 PA／PPESK膜二级分离浓缩环丁砜溶液研究

3.3本章结论

4季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜的制备及在环丁砜溶液浓缩中应用

4.1 季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜的制备

4.1.1原料及试剂

4.1.2实验仪器和设备

4.1.3 季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜的制备

4.1.4聚合物的核磁表征

4.1.5取代基含量的测试

4.1.6 QAPPESK膜性能测试

4.1.7 QAPPESK膜断面结构观察

4.2季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜制膜工艺考察

4.2.1 PPESK氯甲基化／季铵化改性的反应式

4.2.2 CMPPESK／PPESK的1H-NMR谱图

4.2.3铸膜液溶剂对膜性能的影响

4.2.4聚合物浓度对膜结构性能的影响

4.2.5添加剂对QAPPESK纳滤膜性能的影响

4.2.6停留蒸发时间及凝胶浴温度对膜性能的影响

4.2.7胺化试剂对膜性能的影响

4.2.8 PPESK／CMPPESK／QAPPESK的溶解性

4.3季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜在环丁砜溶液浓缩中应用

4.3.1 QAPPESK纳滤膜初步分离环丁砜溶液效果

4.3.2操作压力对QAPPESK纳滤膜性能的影响

4.3.3 操作温度对QAPPESK纳滤膜性能的影响

4.3.4 QAPPESK纳滤膜连续运行考察

4.3.5 不同IEC值QAPPESK纳滤膜稳定性考察

4.4本章结论

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢