液膜支撑体表面亲水化改性研究

摘要

支撑液膜技术(SLMs)是一种结合膜过程和溶剂萃取过程的新型分离技术，具有选择性好、分离效率高、有机相用量少等优点。但是，由于SLMs具有不稳定性，寿命相对较短，至今仍未实现规模化应用。本论文主要从液膜支撑体表面改性入手，通过界面聚合法在膜表面形成一层亲水层，实现锁闭液膜相、缓解液膜相流失的作用，提高SLMs的稳定性。主要研究内容如下：
　　(1)以疏水微孔聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维为基膜，对比研究了四种界面聚合水相单体分子的空间结构、官能团性质以及形成的复合层荷电性对SLM稳定性和渗透性的影响。赖氨酸因其分子具有强亲水基团-羧基，羧基电离时还会增加膜表面的荷负电性，且其脂肪链结构利于增加聚合物大分子的柔曲度，因而，以其制备的复合支撑液膜具有较好的稳定性。在料液流速为1.0m·s-1条件下，支撑液膜过程运行7h时的通量衰减率仅为31.3％，远低于原膜的通量衰减率(82.0％)，稳定性得到了明显提升。
　　(2)研究发现采用具有较大立体空间结构且能稳定存在于复合层中的功能化修饰单体—组氨酸，能够疏松复合层孔结构，提高复合支撑液膜的传质通量。在料液流速为1.0m·s-1条件下，功能化修饰的复合膜与未修饰的复合膜相比，支撑液膜过程的传质通量大约提高了40 mg·m2·h-1，7h时的通量衰减率降低了5.7％。稳定性得以提高的原因可能是复合层中形成“组氨酸-Ni(Ⅱ)-磷酸二异辛酯”桥型结构，这种结构有利于减小复合层中P204的浓度梯度，降低液膜相在溶液中的溶解速率，进而提高复合支撑液膜的稳定性。
　　此外，本论文还针对某企业高浓度含铬废水，对比研究了支撑液膜-超滤耦合工艺和溶剂萃取-膜分相集成工艺的对Cr(Ⅵ)的提取效果，前者的萃取效率最高可达97.1％，但总提取效率仅可达13.3％，不能有效实现从废水中提取Cr(Ⅵ)的要求。继而设计出溶剂萃取-膜分相集成工艺，实验测定萃取侧水相膜分相通量最高为269.0 L·m-2·h-1，反萃侧水相膜分相通量最高为286.0 L·m-2·h-1，以此为依据可计算反应器容积，以满足Cr(Ⅵ)的提取要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 液膜技术概述

1．1．1 液膜技术发展概述

1．1．2 液膜的分类

1．2 支撑液膜技术

1．2．1 支撑液膜技术的传质机理

1．2．2 支撑液膜技术的优点

1．2．3 支撑液膜技术的不足

1．3 支撑液膜技术的稳定性研究

1．3．1 支撑液膜技术不稳定性机理

1．3．2 支撑液膜稳定性的改进方法

1．3．3 界面聚合法及复合支撑液膜的制备

1．4 研究意义及内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第二章 实验材料与方法

2．1 实验材料、试剂与仪器

2．2 界面聚合法改性液膜支撑体

2．3 液膜支撑体复合膜及复合支撑液膜性能表征

2．3．1 液膜支撑体复合膜基本性能表征

2．3．2 复合支撑液膜的渗透性及稳定性表征

2．4 废水中Cr(Ⅵ)的提取

2．4．1 实验材料及方法

2．4．2 实验装置及运行方式

2．4．3 数据处理

第三章 界面聚合法液膜支撑体表面改性

3．1 水油两相浸没顺序对复合支撑液膜渗透性能的影晌

3．2 界面聚合中水相单体性质对复合支撑液膜稳定性的影响

3．2．1 水相单体结构对复合膜透油速率的影响

3．2．2 不同复合支撑液膜的渗透性和稳定性

3．2．3 不同水相单体制备的复合膜的表面形貌分析

3．2．4 复合支撑液膜长期稳定性机理

3．3 界面聚合反应条件的优化

3．3．1 料液流速对复合支撑液膜稳定性的影响

3．3．2 界面聚合条件对复合膜透油速率的影响

3．3．3 界面聚合条件对复合支撑液膜渗透性及稳定性的影响

3．4 本章小结

第四章 改性支撑体表面功能化修饰

4．1 添加剂的筛选

4．2 功能化修饰前后复合层的表面形态变化

4．3 以组氨酸为添加剂对复合支撑液膜传质通量的影响

4．4 组氨酸浓度对复合支撑液膜稳定性的影响

4．5 本章小结

第五章 液膜萃取法处理含铬废水系统研究

5．1 支撑液膜-超滤耦合工艺提取六价铬

5．2 溶剂萃取-膜分相集成工艺提取六价铬

5．2．1 膜分相通量测试

5．2．2 萃取侧和反萃侧最小体积

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢