对位芳香族聚酰胺多孔膜制备及性能研究

摘要

膜材料是膜分离技术的重要组成部分，对于开发新型高性能膜材料的需求日益增长。由于聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)具有高强高模、耐高温、耐溶剂腐蚀等优异的综合性能，常用于高性能纤维的制备，在膜领域应用的相关研究还很少。因此，本文重点研究了制备PPTA多孔膜的工艺。
　　本文以浓硫酸为溶剂，聚乙二醇(PEG)为致孔剂，采用溶液相转化法制备了聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)多孔平板膜，考察了膜的纯水通量、力学强度、截留率等性能，并用场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察了膜形貌。结果表明，所得PPTA多孔膜为具有不对称结构的非均质膜，上表面（自由面）为致密层，下表面（玻璃板面）为多孔层，可观察到原纤化微孔结构，膜横截面存在典型的溶出指状孔。随PPTA含量降低、致孔剂分子量和凝固浴温度提高，膜通透性均有所提高。PPTA多孔膜对卵清蛋白溶液的截留率达90％以上，对不同浓度的油水乳化液截留率可达70％以上。
　　在选取的PPTA铸膜液中添加微米级无机粒子SiO2，制备了PPTA/SiO2杂化膜，通过调节SiO2的含量对膜形貌及孔结构进行调控，分析了SiO2对膜性能的影响。结果表明，SiO2的加入使PPTA/SiO2杂化膜表面变粗糙，膜的有效过滤面积增大。由于在PPTA与SiO2两相之间产生了界面微孔，杂化膜的通透性有了明显提高，同时，膜的力学性能也得到明显改善。在铸膜液中加入不同质量比的混合致孔剂PVP/PEG，在保持膜良好力学性能的同时，也促进了PPTA/SiO2杂化膜纯水通量的增大。而且，SiO2的添加对PPTA膜的热稳定性影响较小，加入前后均表现出相似的热分解曲线，分解温度均在400℃以上。
　　本文还对PPTA/SiO2杂化膜的抗污染性能进行了研究，采用不同分子量的蛋白质溶液表征膜切割分子量及测试膜的抗蛋白质溶液污染性能。同时又对膜的抗油水乳化液污染性进行了分析，发现PPTA/SiO2杂化膜对蛋白质溶液和油水乳化液的截留率均比较稳定，均可达90％以上，通量恢复率也可达90％以上，表现出较好的抗污染性。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 膜分离技术简介

1．1．1 膜分离技术概况

1．1．2 膜分离技术特点

1．2 膜材料及分类

1．3 膜形式

1．3．1 平板膜

1．3．2 管式膜

1．3．3 中空纤维膜

1．4 聚合物膜的制备方法

1．4．1 熔融纺丝-拉伸法

1．4．2 相转化法

1．5 聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)概述

1．5．1 PPTA发展概况

1．5．2 PPTA结构与性质

1．5．3 PPTA合成方法

1．5．4 PPTA纺丝工艺

1．6 有机／无机杂化膜研究进展

1．6．1 无机粒子填充理论

1．6．2 有机／无机杂化膜概述

1．6．3 聚合物／无机粒子杂化膜研究进展

1．7 本课题的目的及意义

1．8 本课题主要研究内容

第二章 浸没沉淀相转化法制备膜的理论基础

2．1 热力学研究

2．2 动力学研究

2．3 微孔结构的控制

2．3．1 铸膜液组成

2．3．2 铸膜液温度

2．3．3 凝固浴组成

2．3．4 溶剂与非溶剂

第三章 PPTA超滤膜的制备与性能研究

3．1 实验

3．1．1 原材料及仪器

3．1．2 PPTA膜的制备

3．1．3 膜结构与性能表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 凝固浴温度对膜通量及形貌的影响

3．2．2 PPTA含量

3．2．3 致孔剂含量组成对膜通量及形貌的影响

3．2．4 原纤化结构

3．2．5 力学性能

3．2．6 膜分离性能

3．3 本章小结

第四章 无机粒子SiO2对PPTA膜结构与性能的影响

4．1 实验

4．1．1 原材料及仪器

4．1．2 PPTA／SiO2杂化膜制备

4．1．3 膜结构与性能表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 SiO2含量对PPTA膜结构的影响

4．2．2 SiO2含量对PPTA膜渗透性能的影响

4．2．3 SiO2含量对PPTA膜力学性能的影响

4．2．4 SiO2含量对PPTA膜热稳定性的影响

4．2．5 SiO2含量对PPTA膜分离性能的影响

4．2．6 SiO2含量对PPTA膜含油污水抗污染性能的影响

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况