二醋酸纤维素/三醋酸纤维素共混正渗透膜的制备与性能研究

摘要

正渗透是一种新兴的膜处理技术，由于其较低的能耗量、低污染、常温下操作、不需要外加压力、易于操作，在污水处理、食品加工、海水淡化、医药以及能源方面，已经显现出或者正在显现出潜在的利用价值。但是在实际应用中，仍旧处在实验探索的阶段。正渗透走向商业化的关键是，寻找合适的膜和驱动液，以及消减浓度极化对水通量的影响，这仍旧是一个难题，世界各国的许多研究者正在进行不断的努力，对此进行不断的完善。本论文拟用二醋酸纤维素(CDA)和三醋酸纤维素(CTA)作为正渗透的膜材料，1，4-二氧六环、丙酮和甲醇作为溶剂，乳酸作为添加剂，采用相转化的方法制备正渗透膜，并对制备的正渗透膜进行性能表征。
　　论文考察了醋酸纤维素正渗透膜制备过程中的影响因素，分别从不同的溶剂体系、聚合物的不同浓度、添加剂含量、水浴温度、聚酯筛网目数、CDA与CTA的共混比例、共混温度、热处理温度、刮膜时铸膜液温度等方面考察对正渗透膜的影响。确定了CDA/CTA共混正渗透膜的最佳制备条件为:溶解体系为1，4-二氧六环，聚合物浓度为8.96％，添加剂含量为3.5％，水浴温度为15℃，聚酯筛网目数为120目，CDA∶CTA=7∶1，共混温度为60℃，热处理温度为70℃，刮膜时候铸膜液温度为30℃。所制备的正渗透膜的水通量约为5L/m2·h，截留率约为98％。
　　由于正渗透过程不需要外加压力，靠渗透压差提供动力，但是在实际测量时膜的水通量低于计算值，这是由于浓度极化现象造成的。如何减小浓度极差，增加膜的水通量，成为研究的一个难点和热点。论文从正渗透膜的支撑层朝向、驱动液浓度和蠕动泵转速三个方面研究了膜分离过程中的影响因素，选择支撑层朝向驱动液、葡萄糖的最佳浓度为4M、蠕动泵的转速为100rad/min作为最佳的膜分离条件。
　　实验中还制备了醋酸纤维素/纳米二氧化钛共混正渗透膜，以改变膜的性能。分别从共混温度、纳米二氧化钛添加量和水浴温度三个方面考察对制备醋酸纤维素/纳米二氧化钛共混正渗透膜的影响。确定了制备醋酸纤维素/纳米二氧化钛共混正渗透膜的条件为:共混温度70℃，纳米二氧化钛添加量0.1％，水浴温度为15℃。此时制备的正渗透膜的水通量约为5.5L/m2·h，截留率约为98％。
　　最后，对制备的正渗透膜进行性能测试，并与购买的美国HTI公司生产的三醋酸纤维正渗透膜进行比较，发现制备的正渗透膜与购买的正渗透膜还有一定的差距。实验中对制备的正渗透膜进行耐污染性初探，并对污染机理进行初步的探讨。本文还对制备的正渗透膜进行海水淡化初步测试，为后续研究提供一定的实践参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 正渗透过程简介

1．1．1 正渗透过程原理

1．1．2 浓度极化

1．2 正渗透膜

1．3 驱动液

1．4 正渗透过程的影响因素

1．4．1 溶液温度

1．4．2 膜面溶液的流速

1．4．3 膜朝向的影响

1．4．4 进料液和驱动液浓度的影响

1．5 正渗透的应用

1．5．1 污水处理

1．5．2 海水淡化

1．5．3 食品加工

1．5．4 医药行业-渗透泵

1．5．5 新能源

1．5．6 航空航天中的应用

1．6 课题研究的目的、意义和研究内容

第二章 CDA／CTA共混正渗透膜制备过程的影响因素研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料和试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．3 正渗透膜的制备方法

2．1．4 正渗透膜结构和性畿表征

2．2 实验结果及讨论

2．2．1 聚合物浓度的影响

2．2．2 添加剂浓度的影响

2．2．3 CDA／CTA比例的影响

2．2．4 支撑层目数的影响

2．2．5 凝固浴温度的影响

2．2．6 热处理温度的影响

2．2．7 溶解体系的影响

2．2．8 1，4-二氧六环与丙酮质量比例对膜的影响

2．2．9 聚合物溶解温度的影响

2．2．10 刮膜时铸膜液温度对正渗透膜的影响

2．3 CDA／CTA共混正渗透膜的制备和结构表征

2．4 本章小结

第三章 CDA／CTA共混正渗透膜分离过程的影响因素研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料和试剂

3．1．2 实验仪器

3．1．3 正渗透膜的制备方法

3．1．4 正渗透膜结构和性能表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 不同膜方位的影响

3．2．2 驱动液浓度的影响

3．2．3 蠕动泵转速的影响

3．3 本章小结

第四章 纳米二氧化钛／蜡酸纤维素共混正渗透膜的研制

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料和试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 正渗透膜的制备方法

4．2．4 正渗透膜结构和性能表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 共混温度对正渗透膜性能的影响

4．3．2 nTiO2含量对正渗透膜性能的影响

4．3．3 凝固浴温度对正渗透膜性能的影响

4．4 醋酸纤维素／纳米二氧化钛共混正渗透膜结构和性能表征

4．5 本章小结

第5章 共混正渗透膜反向扩散及耐污染性研究

5．1 实验部分

5．1．1 实验材料和试剂

5．1．2 实验仪器

5．1．3 正渗透膜的制备方法

5．1．4 正渗透膜结构和性能表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 制备的正渗透膜与购买的正渗透膜的性能比较

5．2．2 正渗透膜的耐污染性实验

5．2．3 正渗透在海水淡化中的应用

5．2．4 CDA／CTA共混正渗透膜和醋酸纤维素／纳米二氧化钛共混正渗透膜在海水淡化中的比较

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 建议与展望

6．2．1 建议

6．2．2 展望

参考文献

致谢

附录