基于两性离子化单体和杂化材料制备高通量抗污染纳滤膜

摘要

以提高纳滤膜的通量及抗污染性能为出发点，选用界面聚合法制膜，并分别采用有机改性剂PEI-SBMA、无机改性剂凹凸棒土和无机-有机杂化改性剂POSS-PEG制备了三种新型高通量抗污染纳滤膜，探究了不同类型改性剂对纳滤膜物理化学结构的影响，通过调节单体浓度、改性剂添加浓度等条件优化了纳滤膜分离性能，同时测试了纳滤膜的抗污染性能。具体内容如下：
　　首先，设计合成两性离子胺单体PEI-g-SBMA并将其作为界面聚合水相单体制备了高通量抗污染的电中性纳滤膜PEI-g-SBMA/TMC。PEI-g-SBMA赋予了该纳滤膜接近电中性的表面，降低了污染物与膜表面的静电作用；同时 PEI-g-SBMA可以在膜表面构筑水化层，抵御污染物的粘附，且水化层有利于水分子的优先透过，提高膜的通量。膜的纯水通量为132 L/(m2 h MPa)，是未两性离子化的PEI/TMC纳滤膜的两倍，同时具有较高的染料截留率（橙黄钠的截留率为90.6％）和较低的无机盐截留率（Na2SO4截留率为50.4%，NaCl截留率为7.1%）。在BSA、HA和SA的抗污染实验中，PEI-g-SBMA/TMC电中性纳滤膜均表现出较对照组PEI/TMC纳滤膜更为优异的抗污染性能。
　　其次，将无机材料凹凸棒土引入界面聚合过程中制备了高通量抗污染杂化纳滤膜 PIP-ATP/TMC。本身为亲水材料的凹凸棒土可以为水分子跨膜提供优先通道，提升膜的通量；凹凸棒土中的Al3+、Mg2+可以结合大量的水分子，在膜表面构筑水化层，提升膜通量的同时提升膜的抗污染性能。在不降低染料和盐截留的情况下，PIP-ATP/TMC纳滤膜的纯水通量最高达到229.5 L/(m2 h MPa)，是未改性PIP/TMC纳滤膜的2.2倍。在BSA、HA和SA的抗污染实验中，PIP-ATP/TMC杂化纳滤膜均表现出了较对照组PIP/TMC纳滤膜更为优异的抗污染性能。
　　最后，将无机-有机杂化改性剂POSS-PEG引入界面聚合过程中制备了高通量抗污染的纳滤膜PIP-(POSS-PEG)/TMC。POSS-PEG中的PEG段可在膜表面构筑水化层，提升膜的抗污染性能；水化层亦为水分子透过提供优先的通道，同时POSS-PEG降低了分离层的致密程度，提升膜的通量。在不降低盐截留的情况下， PIP-(POSS-PEG)/TMC纳滤膜纯水通量最高达到193.5 L/(m2 h MPa)，是未改性PIP/TMC纳滤膜的1.9倍。在 BSA、HA和 SA的抗污染实验中，PIP-(POSS-PEG)/TMC纳滤膜均表现出较对照组PIP/TMC纳滤膜更为优异的抗污染性能。

目录

声明

第一章文献综述

1.1纳滤技术及纳滤膜简介

1.2高通量抗污染纳滤膜研究进展

1.3纳滤膜的制备方法

1.4课题的提出与研究思路

第二章实验部分

2.1实验设备与实验原料

2.2实验方法

第三章基于两性离子改性单体制备高通量抗污染电中性纳滤膜

3.1引言

3.2 两性离子胺单体的制备与表征

3.3 PEI-g-SBMA/TMC纳滤膜的制备与表征

3.4 PEI-g-SBMA/TMC纳滤膜的分离性能

3.5 PEI-g-SBMA/TMC纳滤膜的抗污染性能

3.6小结

第四章基于凹凸棒土杂化改性制备高通量抗污染杂化纳滤膜

4.1引言

4.2凹凸棒土的表征

4.3凹凸棒土杂化改性纳滤膜（PIP-ATP/TMC）的制备与表征

4.4 PIP-ATP/TMC纳滤膜的分离性能

4.5 PIP-ATP/TMC纳滤膜的抗污染性能

4.6小结

第五章基于POSS-PEG杂化改性制备高通量抗污染纳滤膜

5.1引言

5.2 POSS-PEG杂化改性纳滤膜PIP-(POSS-PEG)/TMC制备与表征

5.3 PIP-(POSS-PEG)/TMC纳滤膜的分离性能

5.4 PIP-(POSS-PEG)/TMC纳滤膜的抗污染性能

5.5小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢