抑菌性高通量正渗透膜的制备及其应用研究

摘要

膜技术应用日益增多，但生物污染和浓差极化一直困扰着膜技术的应用。生物污染需要制备具有抗菌表面的膜才能够从根本上解决，浓差极化则在较厚的膜上体现更加明显。因此，本实验制备了抗菌性膜和超薄型膜。能源日益枯竭背景下可再生能源利用和能量回收优势明显，盐差能利用与膜技术相相结合前景广阔，本实验利用正渗透技术处理电渗析高盐浓缩室溶液不仅回收了能源，同时减少了废水排放引起的污染。
　　本文对紫外光引发表面接枝方法制备的抑菌性正渗透膜进行了研究，考察了照射时间对膜性能的影响。在此之前对正渗透评价条件进行了测试，得到最佳方法进行后续实验。结果表明，使用N-(4-羟基-3-甲氧基-苄基)丙烯酰胺(HMBA)作为改性剂，随着照射时间的延长，膜亲水性越来越好，接触角从70°逐渐降至40°，水通量从17LMH大幅提高到36 LMH，盐通量从28 LMH小幅提高到32 LMH。抑菌率也逐渐上升，照射时间为10 min时抑菌率已接近100％。
　　本实验制备了一种新型无支撑高通量正渗透膜并表征。该膜不具备传统意义上的致密皮层，而是在聚酯筛网孔中发生界面聚合反应，形成厚度60μm左右的正渗透膜，有效降低了内浓差极化，并且制作工艺简单。结果表明，界面聚合层的加入有效改善了膜的渗透性能和亲水性，水通量可以达到50 LMH，接触角由110°直接降低到70°以下。
　　本文对正渗透技术在盐差能发电中的应用进行了研究。以在实验室中进行的膜评价结果为依据，制作单支膜小型试验装置，对实验管路设计的合理性进行论证，然后进一步设计盐差能发电样机。结果表明，单支膜性能测试装置运行稳定，管路设计合理，将盐差能样机设计在软件中模拟和调试，也未见异常。测试结果，水通量为3.14 LMH，盐通量为3.58 gMH，理论能量密度为1.13 W/m2，即至少需要9支膜才能够达到发电量需求。
　　本文将正渗透技术与电渗析联用处理氨基酸发酵母液。先考察了电流密度和料液流量对脱盐率和回收率的影响，又对正渗透技术浓缩脱盐室溶液的可行性进行了论证。结果表明，电流密度越大，氨基酸回收率越低，脱盐率越高;流量增大，氨基酸回收率和脱盐率变化不大。浓缩脱盐室溶液实验水通量为25 LMH，运行6h后原料液体积减为初始值的一半，有利于原料液浓缩提纯，可行性较好。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 正渗透膜的制备及应用领域

1．1．1 正渗透膜简介及制备方法

1．1．2 正渗透的应用

1．1．3 正渗透过程存在的问题

1．2 膜生物污染的形成及处理方法

1．2．1 膜生物污染的形成过程

1．2．2 膜生物污染的处j里方法

1．3 紫外光引发表面改性和天然辣素及其衍生物

1．3．1 紫外光引发表面改性的原理

1．3．2 抗菌性表面构建材料及机理

1．3．3 天然辣素及其衍生物介绍

1．4 盐差能发电技术的原理及进展

1．4．1 盐差能发电原理

1．4．2 国内外渗透压法盐差能发电技术进展

1．5 正渗透技术在氨基酸发酵领域中的应用

1．5．1 氨基酸的生产方法及废液处理

1．5．2 电渗析技术装置及应用

1．5．3 正渗透在浓缩电渗析脱盐室溶液中的应用

1．6 研究意义及内容

2 抑菌性正渗透膜的制备及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器及试剂

2．2．2 抑菌性正渗透膜的制备

2．2．3 接枝效果表征方法

2．2．4 亲水性表征方法

2．2．5 渗透性能表征方法

2．2．6 表面形态表征方法

2．2．7 抑菌性能表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 料液流量对正渗透膜性能的影响

2．3．2 驱动液浓度对正渗透膜性能的影响

2．3．3 照射时间对改性正渗透膜接枝效果的影响

2．3．4 照射时间对改性正渗透膜亲水性的影响

2．3．5 照射时间对改性正渗透膜渗透性能的影响

2．3．6 照射时间对改性正渗透膜表面形态的影响

2．3．7 照射时间对改性正渗透膜抑菌性能的影响

2．4 小结

3 新型无支撑高通量正渗透膜的制备及表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料和设备

3．2．2 新型无支撑高通量正渗透膜的制备

3．2．3 性能表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 添加功能层对自制膜渗透性能的影响

3．3．2 添加功能层对自制膜亲水性的影响

3．3．3 添加功能层对自制膜表面形态的影响

3．4 小结

4 正渗透技术在盐差能发电中的应用

4．1 引言

4．2 单支膜性能测试

4．2．1 测试装置

4．2．2 测试条件及过程

4．3 盐差琵发电实验样机设计

4．4 结果与讨论

4．4．1 单支膜测试实验

4．4．2 盐差能样机设计

4．5 小结

5 正渗透、电渗析技术联用处理氨基酸发酵母液

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂及仪器

5．2．2 实验装置及条件

5．2．3 色氨酸回收率表征方法

5．2．4 脱盐率表征方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 电流密度对操作电压的影响

5．3．2 电流密度对脱盐率和回收率的影响

5．3．3 料液流量对脱盐率和回收率的影响

5．3．4 正渗透技术浓缩脱盐室溶液的表征

5．4 小结

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 建议

参考文献

致谢

个人简历

发表学术论文与研究成果