耐污染性纳米SiO/PVDF复合膜的研究

摘要

膜分离技术是一项新型的高效分离技术，可用于城市污水的深度处理，但该法处理废水时，膜易受污染，导致通量降低，运行成本增加。 本文以制作耐污染性强的分离膜为目的，选择具有较强的热稳定性、化学稳定性的聚偏氟乙烯为膜材料，以N，N-二甲基乙酰胺为溶剂，聚乙二醇(PEG400)作为致孔剂，通过向铸膜液中加入改性SiO<,2>粒子的方法，提高了膜的亲水性和机械强度，所制得的复合膜对城市污水深度处理具有较好的效果。首先考察了聚合物浓度、PEG400含量、预蒸发时间、凝固浴温度等过程条件对膜性能的影响，确定了适宜制膜条件，即聚合物浓度为18wt.﹪，PEG400含量为9wt.﹪，预蒸发时间为5s，凝固浴温度为30℃。 然后对无机粒子的添加效果进行了考察，通过将SiO<,2>粒子运用硅烷偶联剂进行改性然后添加到铸膜液中的方法制备了性能较好的复合膜。测试结果表明，复合膜的机械强度、韧性、亲水性、水通量、截留率均具有不同程度的提高。将氨丙基三乙氧基硅烷改性的粒子与PVDF按质量比1∶5添加到铸膜液中所成膜的性能较好。 同时本文对复合膜的耐污染性能进行了初步研究。纳米粒子添加到膜内，提高了膜的亲水性。在同等操作条件下，复合膜对牛血清蛋白的超滤试验表明膜无较厚凝胶层形成，而单纯的聚偏氟乙烯膜则会形成较厚的凝胶层。复合膜可强化传质，降低膜污染。 本实验的创新之处在于将改性粒子添加到铸膜液内，使其能均匀分散，从而使膜的强度及耐污染能力得到较大提高。粒子对膜性能的改善可归结为纳米粒子与聚合物的化学键合作用及粒子的亲水性。

目录

文摘

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第一章文献综述

1.1膜分离技术发展概况

1.1.1膜分离过程

1.1.2膜材料研究进展

1.1.3膜分离技术存在的主要问题

1.2聚偏氟乙烯膜的研究现状

1.2.1聚偏氟乙烯的结构与性质

1.2.2聚偏氟乙烯膜的改性

1.2.3聚偏氟乙烯膜的发展前景

1.3本课题的研究背景及意义

1.3.1课题背景

1.3.2研究意义

第二章PVDF膜的制备与表征

2.1实验部分

2.1.1实验原料

2.1.2实验仪器

2.1.3膜材料的制备

2.1.4膜的表征

2.2制膜工艺对膜性能的影响

2.2.1 PVDF含量的影响

2.2.2 PEG400含量的影响

2.2.3铸膜液温度的影响

2.2.4预蒸发时间的影响

2.2.5凝固浴温度的影响

2.2.6后处理条件的影响

2.2.7适宜成膜条件

2.3本章小结

第三章无机粒子添加对膜性能的影响

3.1实验部分

3.1.1实验原料

3.1.2实验仪器

3.1.3无机材料的制备

3.1.4无机粒子的评价与选择

3.1.5复合膜的制备

3.1.6复合膜的表征

3.2结果与讨论

3.2.1改性粒子的亲水性及成膜性能

3.2.2粒子种类对膜渗透和分离性能的影响

3.2.3粒子添加量对膜渗透和分离性能的影响

3.2.4粒子添加量对膜孔径和孔隙率的影响

3.2.5膜的机械性能

3.2.6粒子添加对膜亲水性的影响

3.2.7膜的形态

3.2.8膜的结构

3.3本章小结

第四章复合膜的耐污染性能研究

4.1膜污染概念

4.1.1膜的传质

4.1.2膜污染

4.1.3影响膜污染的因素

4.1.4浓差极化

4.2自制膜的耐污染效果评价

4.2.1试验药品

4.2.2试验仪器

4.2.3试验方法

4.2.4结果与讨论

4.3自制膜的传质特性

4.3.1传质系数

4.3.2膜污染程度

4.3.3凝胶层厚度

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士学位期间从事的科研工作和发表的论文情况

致 谢