基于筛网的薄层复合渗透膜的制备及表征

摘要

近年来，正渗透技术受到了日益广泛的关注，成为研究的热点问题。本文结合正渗透膜发展的现状，针对正渗透膜内浓差极化严重的问题，提出了一种新型的正渗透膜的制备方法。文中以高孔隙率的聚酯筛网作为支撑层，通过新型的界面聚合工艺制备了高性能的正渗透复合膜，研究了不同的支撑材料及其预处理对于膜性能的影响，探索了界面聚合反应过程中的多种影响因素，寻找到最佳的制膜条件，并以此为基础考察了不同的正渗透测试条件对于膜性能的影响。
　　实验中采用了新型的界面聚合工艺，克服了传统界面聚合方式的诸多不足，并对界面聚合过程中多种影响条件进行了考察，得出结果如下:最佳的界面聚合反应时间为100 min;在0-100 min的范围内，随着反应时间的延长，膜的水通量和截盐性能都得到了提高;当反应时间继续延长时，聚酰胺层会变得疏松多孔。PEI的最佳添加量为1g/L，过高的PEI浓度反而会降低膜性能。单独添加TEA作为酸缓冲剂并不能提高复合膜的性能;水相的最佳pH为10.5，降pH低将导致膜的正渗透性能下降。综上，界面聚合的最佳反应时间为100 min;使用的水相为20 g/L的间苯二胺和1g/L的聚乙烯亚胺的pH=10.5的水溶液;使用的油相为0.8 g/L的均苯三甲酰氯的正己烷溶液。
　　选择以高孔隙率的筛网作为支撑材料，有效的降低了内浓差极化，从而提高了膜的正渗透性能。考察了不同目数的筛网和预处理对于复合膜的正渗透性能的影响，并通过接触角、扫描电子显微镜、红外以及X射线光电子能谱进行了表征。结果表明，目数较低的筛网的水通量优于目数较高的筛网，二者的截盐性能相当;以0.1 g/L的多巴胺对筛网进行表面改性后，膜的亲水性和水通量明显上升，截盐性能变化不大，继续提高多巴胺浓度作用不大。综上，以聚酯筛网作为支撑层时，应选择较低目数的筛网作为支撑层，在界面聚合之前以0.1 g/L的多巴胺进行涂覆改性。
　　最后考察了正渗透测试条件对于膜性能的影响。膜的朝向测试中显示该膜的内浓差极化现象较轻，膜正面朝向汲取液时(AL-DS)的水通量虽然高于朝向原料液时(AL-FS)的结果，但是二者差别不大。在汲取液浓度测试中表明高浓度的汲取液下膜的水通量会得到提高。在模拟海水测试中，该膜表现出良好的截盐性能;在NH4HCO3溶液中进行的稳定性测试表现出膜的良好的化学稳定性。
　　综上所述，采用新型界面聚合工艺制备的以聚酯筛网为支撑层的复合膜性能优良，远远高于HTI公司商品化的TFC膜。在最佳的制膜条件下，以2mol/L的NaCl做为汲取液时，测得复合膜的水通量大于40 L/m2h，截盐性能优良。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 正渗透过程

1．1．1 正渗透原理

1．1．2 浓差极化现象

1．2 正渗透过程的应用

1．2．1 海水、苦咸水脱盐

1．2．2 正渗透发电

1．2．3 污水处理

1．2．4 食品工业

1．2．5 其他

1．3 正渗透膜

1．3．1 相转化膜

1．3．2 薄层复合膜

1．3．3 其他制膜方法

1．4 本文选题依据和主要研究内容

2 正渗透膜分离层制备与表征

2．1 实验试剂和仪器

2．2 复合正渗透膜的制备及表征

2．2．1 复合膜的制备

2．2．2 正渗透性能测试

2．2．3 正渗透膜表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 界面聚合反应时间的优化

2．3．2 添加剂PEI浓度的优化

2．3．3 添加剂TEA浓度的优化

2．3．4 水相pH的优化

2．4 本章小结

3 正渗透膜支撑层的优化

3．1 实验试剂和仪器

3．2 复合正渗透膜的制备及表征

3．2．1 支撑层的制备

3．2．2 分离层的制备

3．2．3 正渗透性能测试

3．2．4 正渗透膜表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 筛网目数优化

3．3．2 DA改性优化

3．4 本章小结

4 正渗透工艺考察

4．1 实验试剂和仪器

4．2 复合正渗透膜的制备及表征

4．2．1 复合正渗透膜的制备

4．2．2 膜性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 朝向测试

4．3．2 汲取液浓度测试

4．3．3 稳定性测试

4．4 本章小结

5 结论

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 有待深入研究的问题

参考文献

致谢

个人简历

硕士期间发表的论文及专利