层层组装界面聚合制备聚酰胺复合正渗透膜研究

摘要

正渗透（Forward osmosis，FO）技术作为一种新型膜分离技术，在污水深度处理领域具有很大的应用潜力，正渗透膜的制备是正渗透技术研究的热点。本研究通过相转化法制备出粗糙度较低、渗透通量较高的聚丙烯腈（PAN）支撑层，在支撑层表面考察界面聚合的次数和碳纳米管浓度对所制备复合正渗透膜性能的影响，以提高正渗透膜的分离性能，并采用复合正渗透膜对二沉池出水的深度处理效果进行了探讨，论文结果可为城市污水的深度处理提供技术参考。
　　首先，利用相转化法制备聚丙烯腈（PAN）基膜，对其碱性水解后，分别置于聚乙烯亚胺（PEI）、聚丙烯酸（PAA）溶液中，进行接枝反应制得 PAN-PEI/PAA支撑层。分别采用扫描电镜、原子力显微镜进行表面形貌分析，傅里叶红外光谱、Zeta电位、接触角和拉伸强度对支撑层结构进行分析，并测的支撑层纯水通量为175.2 L/m2·h。
　　其次，采用层层组装技术对界面聚合法进行优化，考察界面聚合次数对聚酰胺复合膜结构性能的影响。分析可知：随着界面聚合次数的增加，活性分离层致密性逐渐增加，粗糙度逐渐增大；接触角、Zeta电位逐渐降低，机械性能逐渐增强；分离性能测试可知，随着界面聚合次数的增加，反渗透水通量逐渐减小，盐截留率（R）逐渐增大，FO水通量（Jw）和盐逆向通量（Js）均逐渐降低，但盐逆向通量与水通量比（Js/Jw）呈现先减小后增大的趋势。结果表明二次界面聚合所制备的复合膜的正渗透性能最好，Jw达到16.97L/m2·h，Js为6.02 g/m2·h，Js/Jw为0.35 g/L。
　　再次，为改善正渗透膜的性能，将碳纳米管（CNTs）添加至复合膜活性分离层中，考察正渗透膜性能的变化。研究可知：随着CNTs浓度的增加，活性分离层出现絮状物质且逐渐增多，粗糙度逐渐增大；红外分析和XPS分析表明CNTs成功嵌入正渗透膜活性分离层中；亲水性能随着CNTs含量的增加而增大。采用正渗透测试装置对复合正渗透膜的分离性能进行分析可知，随着CNTs浓度的增大，水通量值随之增大。当CNTs的浓度为0.2 wt%时，制备正渗透膜的分离性能较好，Js可以达到25.14 L/m2·h，Jw为8.64 g/m2·h，Js/Jw值为0.37 g/L，CNTs添加量为0.2 wt%条件下制备的正渗透膜与三种商业膜（CTA-ES、TFC-ES、CTA-NW）进行对比，可知制备的正渗透膜在短时间运行条件下，水通量和正渗透分离性能均优于三种商业膜。
　　最后，考察二次界面聚合制备的正渗透膜（TFC）、加入碳纳米管后正渗透膜（TFN）对二沉池出水中污染物的截留效果以及正渗透性能变化。结果表明TFN的水通量大于TFC的水通量，但TFC正渗透膜对污染物的截留效果好于TFN正渗透膜，两者对于TOC、TP和TN的截留效果达到60%之上，对于氨氮的截留率在50%左右。

目录

声明

1.绪论

1.1正渗透过程

1.2层层组装技术

1.3碳纳米管在膜改性中的应用

1.4研究内容与意义

2实验材料与研究方法

2.1实验药品与仪器

2.2聚酰胺复合正渗透膜的制备

2.3实验分析方法

2.4二沉池出水水质指标测定

3层层组装界面聚合法制备聚酰胺复合正渗透膜

3.1支撑层的制备与性能研究

3.2层层组装界面聚合法制备聚酰胺复合正渗透膜的研究

3.3本章小结

4碳纳米管改性制备复合正渗透膜及对二沉池出水的处理效果分析

4.1 CNTs浓度对复合正渗透膜形貌的影响

4.2CNTs复合正渗透膜结构分析

4.3 CNTs浓度对复合正渗透膜分离性能的影响

4.4 CNTs复合膜与商业膜性能对比

4.5复合正渗透膜对二沉池出水的处理效果

4.6本章小结

5结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

攻读学位期间主要的学术成果

致谢