磺化聚砜/聚醚砜复合膜的制备及其脱盐性能表征

摘要

海水含有的二价盐对海水淡化过程的影响最为严重，使用纳滤和正渗透过程可以有效的去除海水中的二价盐。因此需要开发对二价盐有较好截留效果的分离膜。制备分离膜的高聚物材料亲水性较差，制备的膜水通量和盐截留性能均有待提高。本课题采用高磺化度的磺化聚砜，通过与交联剂交联的办法降低其水溶性，作复合膜的分离层，分别使用纳滤和正渗透两种膜过程研究了制备的复合膜对二价盐和一价盐的脱除性能。
　　选用聚醚砜与磺化聚砜两种材料，使用共混法制备含有无纺布的超滤膜作为底膜，使用不同磺化度的磺化聚砜，分别选用间苯二胺、聚乙二醇200、多巴胺等具有亲水基团的试剂作交联剂制备涂覆液，对超滤底膜进行涂覆。涂覆后抽真空交联制备复合膜。使用场发射扫面电镜、XPS、红外谱图、接触角等手段测试，结果证明了制备的复合膜具有大型疏松指状孔结构，复合膜具有致密的涂覆层，膜表面存在着与交联剂相对应的官能团，且其含量随着交联剂含量的增加而增多。使用聚乙二醇200作交联剂制备的复合膜接触角为64°，其次为多巴胺70°，间苯二胺最差为83°。
　　纳滤模式，0.5MPa的压力下，测试复合膜对聚乙二醇600、甲基红、硫酸钠、氯化钠的截留性能，结果表明当磺化聚砜的固含量大于5％，间苯二胺、聚乙二醇200两种交联剂含量大于7％时，制备的复合膜对聚乙二醇600、甲基红有非常优秀的截留性能，截留率可达99％，对硫酸钠的截留率在90％以上，对氯化钠的截留率为50％。使用聚乙二醇200、间苯二胺两种交联剂制备的复合膜对二价盐有着较好的截留效果，对一价盐有一定的截留能力。综合膜的纯水通量与截留率性能分析，使用聚乙二醇200，磺化度为50％的磺化聚砜制备的复合膜性能最优。
　　正渗透模式下分别选取葡萄糖、硫酸镁、氯化镁、硫酸钠、氯化钠作汲取液，进行正渗透测试。并考察了使用聚乙二醇200作交联剂制备的复合膜在正渗透模式下对氯化钠、硫酸镁的截留性能。结果表明，交联磺化聚砜制备的复合膜可以应用于以葡萄糖、硫酸镁、氯化镁、硫酸钠作汲取液的正渗透过程中，当使用1mol/L的葡萄糖作汲取液时，聚乙二醇200作交联剂的复合膜对硫酸镁的截留率始终维持在95％以上，水通量为5Lm-2h-1，溶质反混通量小于2gm-2h-1。对硫酸钠的截留率为55％左右，水通量为6Lm-2h-1，溶质反混通量小于2gm-2h-1。该数据的结果与纳滤过程相符。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 海水淡化背景

1．2 海水淡化方法

1．3 存在的主要问题

1．4 纳滤过程及其在海水淡化中的应用

1．5 正渗透过程及其在海水淡化中的应用

1．6 复合膜的制备技术

1．7 复合膜的制备材料

1．8 课题的研究意义、目标和主要研究内容

第二章 SPSf／PES共混复合膜的制备与性能表征

2．1 实验材料和方法

2．1．1 主要实验试剂

2．1．2 主要实验仪器和设备

2．1．3 复合膜的制备

2．2 磺化聚砜／聚醚砜(SPSf／PES)复合膜的表征

2．2．1 SPSf／PES复合膜结构形态的表征

2．2．2 XPS表征

2．2．3 红外表征

2．2．4 接触角

2．3 结果与讨论

2．3．1 SPSf／PES共混复合膜结构形态分析

2．3．2 交联复合膜表面元素分析

2．3．3 交联复合膜表面官能团分析

2．3．4 交联复合膜表面亲水性分析

2．4 本章小结

第三章 SPSf／PES复合膜纳滤模式下的脱盐性能

3．1 实验部分

3．1．1 主要实验仪器

3．1．2 实验装置及测试方法：纳滤膜性能表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 交联时间对膜性能的影响

3．2．2 磺化聚砜的磺化度对膜性能的影响

3．2．3 磺化聚砜浓度对膜性能的影响

3．2．4 交联剂种类对膜性能的影响

3．2．5 交联剂浓度对膜性能的影响

3．3 本章小结

第四章 SPSf／PES共混复合膜正渗透模式下的脱盐性能

4．1 实验部分

4．1．1 主要实验试剂和仪器

4．1．2 实验装置及测试方法：正渗透膜性能表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 交联剂种类对正渗透膜性能的影响

4．2．2 汲取液种类对复合膜正渗透性能的影响

4．2．3 汲取液浓度对复合膜正渗透性能的影响

4．2．4 复合膜的正渗透脱盐性能

4．3 本章小结

第五章 总结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表学术论文

致谢