亲水性iPP/GO中空纤维膜的制备及其抗污染性能的研究

摘要

本文以亲水性氧化石墨烯（GO）为添加剂，采用热致相分离法制备得到具有高拉伸强度、高水通量和良好抗污染性能的iPP/GO共混膜。 论文研究了制膜过程中喷丝头温度，空气隙距离，水浴温度对膜形貌结构，拉伸强度，压密性，孔径分布，孔隙率以及水通量的影响规律。研究结果表明：iPP/GO中空纤维膜均呈现出较好的双连续结构，孔隙率变化较小。随着喷丝头温度升高，拉伸强度，压密性和水通量均随之先增大后减小；随着空气隙距离和水浴温度的增大，拉伸强度减小，平均孔径、水通量和压密性均呈上升趋势；在优化的制膜条件下，改变GO的添加量，并采用了SEM，FTIR，XPS，接触角以及水通量等方式进行了表面形貌以及性能的一系列表征测试。研究发现随着GO添加量的增加，膜的接触角从125°降到52.33°，降低了58.14%，呈现了较好的亲水性；FTIR测试表明，改性后的膜表面出现了亲水的羟基和羧基基团；XPS的测试结果表明，改性后的iPP/GO膜中出现了氧元素，并呈上升趋势，进一步证实了GO与聚丙烯实现了较均一的混合状态。与此同时，iPP/GO共混膜的各项性能均随之先升高后降低。当GO含量为0.3%时，膜性能最好，孔隙率为67.67%，水通量达到1345L/(m2.h),平均孔径达0.4722μm。 本文分别对牛血清蛋白溶液、奶粉溶液和乳化油溶液进行了过滤，并分析了膜的抗污染性能。结果表明，GO改性膜通量的衰减速率均小于纯聚丙烯膜，其中添加量为0.3%时，共混膜的衰减率最小，清洗之后的水通量恢复率最高。在过滤乳化油过程中，改性膜的截留率稍有下降，最低为89.2%；纯聚丙烯膜的稳定通量为22.44L/(m2.h)，而0.3%共混膜则达301.53L/(m2.h)；对污染膜采用不同的清洗方法，其中SDS的清洗效果最佳，未改性膜的通量恢复率为67.07%，而0.3%共混膜为93.99%，并发现提高清洗溶液的温度有利于提高iPP/GO膜的通量恢复。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1膜分离技术概述

1.2膜和膜的制备方法

1.2.1膜的分类及应用

1.2.2膜的制备方法

1.3膜污染

1.3.1膜污染的概念及形成机理

1.3.2膜污染的控制途径

1.3.3膜清洗

1.4膜的亲水化改性研究进展

1.4.1膜的表面改性

1.4.2膜材料的共混改性

1.5氧化石墨烯（GO）的概述

1.6本文思路的提出及主要工作内容

1.6.1思路的提出

1.6.2主要工作内容

第2章 实验部分

2.1实验试剂和仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.2乳化油的表征

2.3油含量的标准曲线

2.4牛血清蛋白溶液的标准曲线

2.5奶粉溶液的扫描谱图及标准曲线

2.6 iPP/GO聚丙烯中空纤维膜的制备及表征

2.6.1氧化石墨烯（GO）的制备

2.6.2 iPP中空纤维膜的制备

2.6.3 iPP/GO聚丙烯中空纤维膜的制备

2.6.4 iPP及iPP/GO平板膜的制备

2.6.5膜的微观结构和化学组成

2.6.6膜的孔隙率

2.6.7膜的平均孔径与孔径分布

2.6.8膜的力学强度

2.6.9膜表面的亲水性分析

2.6.10 膜的选择透过性能表征

2.6.11 抗污染性能的测试

第3章 共混改性制备iPP/GO微滤膜

3.1喷丝头温度对膜性能的影响

3.1.1喷丝头温度对膜结构的影响

3.1.2喷丝头温度对平均孔径及孔径分布的影响

3.1.3喷丝头温度对膜渗透性能的影响

3.1.4喷丝头温度对膜强度的影响

3.2空气隙距离对膜性能的影响

3.2.1空气隙距离对膜结构的影响

3.2.2空气隙距离对平均孔径及孔径分布的影响

3.2.3空气隙距离对膜渗透性能的影响

3.2.4空气隙距离对膜强度的影响

3.3水浴温度对膜性能的影响

3.3.1水浴温度对膜结构的影响

3.3.2水浴温度对平均孔径及孔径分布的影响

3.3.3水浴温度对膜渗透性能的影响

3.3.4水浴温度对膜强度的影响

3.4 GO共混膜的表征

3.4.1红外光谱分析

3.4.2元素分析

3.4.3 GO添加量对膜的亲水性的影响

3.4.4 GO添加量对膜结构的影响

3.4.5 GO添加量对膜孔隙率的影响

3.4.6 GO添加量对膜平均孔径及孔径分布的影响

3.4.7 GO添加量对膜渗透性能的影响

3.4.8 GO添加量对膜机械性能的影响

3.5小结

第4章 膜的抗污染性能及清洗方式的研究

4.1乳化油滴的粒度分布

4.2膜的抗污染性能研究

4.2.1压力差对膜通量衰减的影响

4.2.2乳化油浓度对膜通量衰减的影响

4.2.3 GO添加量对膜通量衰减的影响

4.2.4 GO添加量对乳化油截留率的影响

4.3牛奶溶液的过滤研究

4.3.1牛奶溶液的粒度分布

4.3.2 GO添加量对牛奶溶液通量衰减的影响

4.4牛血清蛋白溶液过滤研究

4.4.1牛血清蛋白溶液粒度分布

4.4.2 GO添加量对过滤牛血清蛋白通量衰减的影响

4.5聚丙烯膜及改性膜清洗效果的研究

4.5.1去离子水超声清洗对比

4.5.2酸洗对比

4.5.3表面活性剂清洗对比

4.5.4过滤牛奶溶液的膜清洗对比

4.6小结

第5章 结论与展望

5.1结论

（1）共混改性制备亲水性的微滤膜

（2）膜污染及清洗方式的研究

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢