基于三醋酸纤维素混合基质膜的水/盐传输性能研究

摘要

自1960年起，以聚合物为基体的脱盐膜过程(如反渗透(RO)和纳滤膜(NF))已经得到了广泛地发展。它们的膜性能通常用通量和截留来表征。根据对已有数据的总结，水通量和盐截留之间往往具有反相的关系，和气体分离膜中存在的tradeoff关系和上限一样，在上限之上基本上没有数据点存在。目前，商业化的反渗透膜为芳香聚酰胺反渗透膜，由于聚酰胺薄层复合层很容易污染和耐氯性差等缺点限制了它的应用和长期的使用性能。醋酸纤维素反渗透膜抗污染和耐氯性好，但是醋酸纤维素反渗透膜技术受到很多的技术上的限制。目前，人们对提高醋酸纤维素膜性能的尝试还是基于一些经验规律，缺乏膜材料对水分子和盐离子传质机理的了解，对构效关系还不太不清楚。基于此，我们以溶解-扩散理论为基础，研究醋酸纤维素膜水/盐传质机理，为醋酸纤维素膜的性能的改进提供理论指导。
　　本文通过共混的方法将不同种类的无机颗粒(如还原氧化石墨烯(RGO)、ZSM-5沸石，MCM-41沸石，ZIF-8，SiO2和氧化石墨烯(GO))添加到三醋酸纤维素铸膜液中制备了三醋酸纤维素混合基质致密膜。通过热场发射扫描电子显微镜(TESEM)和特征X射线能谱仪(EDX)研究了不同混合基质膜的膜表面形态和膜表面无机颗粒分布情况。根据溶解-扩散理论研究其水/盐传输性能。添加疏水性的无机颗粒制备的混合基质膜的平衡水吸收（水体积分数）随着无机颗粒含量的增加而略微降低。添加亲水性的无机颗粒平衡水吸收（水体积分数）随无机颗粒的含量增加而增加。而盐吸收系数对无机颗粒含量的增加变化不是特别明显。无机颗粒含量低于1 wt％其水渗透系数和扩散系数基本上变化不大。添加无机颗粒所制备的混合基质膜的盐渗透系数和扩散系数均降低，说明无机颗粒会阻碍Na+与Cl-的传输。混合基质基质膜的水/盐溶解、扩散和渗透选择性的数据点都在CTA原膜上方，说明添加了无机颗粒所制备的混合基质膜的水/盐选择性能都有所提高。氧化石墨烯/三醋酸纤维素混合基质膜较其他来说具有较高的水和盐渗透性能，在CTA膜内添加一定含量的无机颗粒(如ZSM-5，ZIF-8和GO)后，有望同时提高混合基质反渗透膜的水通量和盐截留。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 混合基质膜

1．1．1 混合基质膜的分散相

1．1．2 混合基质膜的连续相

1．2 混合基质膜加工方法

1．3 反渗透膜渗透机理

1．3．1 优先吸附-毛细管流理论

1．3．2 氢键理论

1．3．3 自由体积理论

1．3．4 溶解-扩散理论

1．4 理论背景

1．5 课题的研究意义和目的

第二章 三醋酸纤维素混合基质膜的制备

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料及仪器

2．2 ZIF-8颗粒的合成及混合基质膜的制备

2．2．1 混合基质膜的制备

2．2．2 ZIF-8颗粒的合成

2．3 混合基质膜和ZIF-8颗粒的表征

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 透射电子显微分析

2．3．3 傅里叶变换红外光谱

2．3．4 热重分析

2．3．5 混合基质膜的形貌分析

2．3．6 EDX分析

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 合成的ZIF-8粒子红外表征

2．4．2 ZIF-8的TG曲线

2．4．3 ZIF-8颗粒的TEM图

2．4．3 混合基质膜的电镜图

2．4．4 EDX分析

2．4 本章小结

第三章 混合基质膜的水／盐传输性能研究

3．1 原料与试剂

3．2 实验仪器

3．3 水／盐传输性能

3．3．1 密度和吸水性测试

3．3．2 水的传质性质

3．3．3 盐的解吸附

3．3．4 盐的渗透性

3．4 结果与讨论

3．4．1 混合基质膜的密度

3．4．2 水的传输性能研究

3．4．3 盐传输性能研究

3．4．4 水／盐选择性

3．5 本章小结

第四章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及承担完成科研情况

致谢