多元醇接枝聚砜膜的脱硼性能研究：配体结构的影响

摘要

脱硼是海水淡化过程中的一个重要难题。硼酸与含有邻位羟基的多元醇化合物/聚合物络合己被证明是一种有效的除硼方法。亲和膜分离法除硼是在微孔膜表面接枝具有邻位基团的多羟基聚合物，使其与水溶液中硼酸发生螯合反应。此方法集色谱分离的高选择性和膜分离的高效性为一体，在溶液中微量物质的脱除或富集方面有较好的应用前景。亲和膜功能层即多元醇配体结构在硼吸附中起着关键的作用，但目前的研究尚未清楚地解释硼吸附的机理及配体结构对硼吸附行为的影响。针对上述问题，本文制备了三种多元醇接枝聚砜膜用于去除水溶液中的硼。
　　首先是制备出氯甲基化聚砜(CMPSF)，通过非溶剂诱导相转化法得到聚砜超滤膜，再经过表面引发原子转移自由基聚合(ATRP)方法在膜表面接枝三种丙烯酸结构的多羟基聚合物。用核磁共振(1H NMR)对CMPSF及多元醇单体进行了表征。这三种聚合物分别为:聚（2，3-二羟丙基甲基丙烯酸甲酯）(PHPMA)，聚(3(N-环氧丙基-N-甲基)胺基-2-羟丙基丙烯酸酯）(PGMHP)，以及聚(2-(2(2，3-二羟丙基(胺基)甲基丙烯酸酯(PHAEM)。采用了ATR-FTIR、XPS、FESEM、WCA、纯水通量等表征膜的制备及其性能，详细研究了硼吸附的热力学、动力学及动态硼吸附行为。
　　实验表明，成功制备出三种多元醇接枝聚砜膜，并且，接枝改性明显提高膜的表面亲水性和膜表面粗糙度，但是膜的水通量值降低。在接枝密度为0.75-0.85mg/cm2，所制备的三种改性膜，即PSF-g-PHPMA，PSF-g-PGMHP，PSF-g-PHAEM膜，达到吸附平衡时的硼吸附量分别是0.20 mmol/g，0.44 mmol/g和0.46 mmol/g，络合效率分别为222％，175％及62％，说明配体结构中邻位羟基数含量越多，与硼的结合能力越强，同时，胺基官能团的存在有利于增加硼负载量。此外，Langmuir热力学模型更好描述硼吸附过程，吸附动力学符合pseudo-second-orderkinetics模型。动态硼吸附实验表明，硼浓度越高动态硼吸附量越大，但是更容易达到突破点。配体结构的优化有利于提高硼的吸附量，但不能提高吸附速率。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 硼元素的基本性质

1．2 硼的用途

1．3 硼的危害

1．4 除硼的方法

1．4．1 吸附法

1．4．2 沉淀法

1．4．3 液液萃取法

1．4．4 电渗析法

1．4．5 离子交换树脂法

1．4．6 电凝法

1．4．7 膜法

1．5 膜的改性方法

1．5．1 共混

1．5．2 涂覆

1．5．3 接枝

1．6 研究课题的意义及内容

1．6．1 课题意义

1．6．2 课题内容

第二章 多元醇接枝聚砜膜的制备

2．1 实验原料及设备

2．1．1 实验主要原料

2．1．2 实验主要仪器设备

2．2 实验步骤

2．2．1 氯甲基化聚砜(CMPSF)膜的制备

2．2．2 多元醇接枝聚砜膜的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 1H NMR表征

2．3．2 亲和膜的接枝率

2．4 小结

第三章 亲和膜的制备与表征

3．1 实验部分

3．1．1 实验仪器

3．2 实验方法

3．2．1 膜表面化学组成表征

3．2．2 膜表面及断面形貌分析

3．2．3 水接触角测试

3．2．4 水通量测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 表面元素组成

3．3．2 膜的表面及断面形貌

3．3．3 膜表面亲水性分析

3．3．4 水通量测试

3．4 实验小结

第四章 硼吸附性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验药品及设备

4．2 实验方法

4．2．1 硼酸浓度的测试方法

4．2．2 硼浓度-吸光度曲线的绘制

4．2．3 脱硼研究实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 静态脱硼条件的影响

4．3．2 动态脱硼性能的研究

4．4 实验小结

第五章 结论与建议

5．1 全文总结

5．2 研究建议

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