重金属离子吸附型杂化膜的制备及性能研究

摘要

近年来，水体中重金属离子污染受到愈来愈多关注，吸附材料因具有高吸附效率、易再生等优点，被广泛应用于重金属离子污染治理。凹凸棒土(ATP)是一种纤维结构的含水富镁铝硅酸盐矿物，具有较好的吸附性能，在重金属离子吸附方面具有潜在价值。本文以高性能改性凹凸棒土吸附材料开发及制备改性PVDF/ATP杂化膜为目的，研究不同改性剂及改性条件下凹凸棒土对重金属离子的吸附行为及不同制膜条件对杂化膜的结构和性能的影响。
　　首先通过对凹凸棒土进行盐酸酸活化处理，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行有机改性，然后用单宁酸进行改性制备单宁酸(TA)改性凹凸棒土。研究结果表明:经酸处理后的凹凸棒土中碳酸盐杂质减少，晶体结构未受到明显破坏:经过有机化及单宁酸固载的凹凸棒土，疏水性增加，且有4.05％CTAB、1.7％单宁固载在凹土上;吸附实验表明，盐酸酸化的最佳浓度为0.5mol/L，单宁酸固载凹土对Ni2+、Cd2+、Cr6+离子均有较好的吸附。
　　在此基础上，将改性后的凹土与PVDF杂化，通过浸没沉淀相转化法制备PVDF/TA-ATP杂化膜，研究不同改性凹土及凹土添加量对杂化膜结构和性能的影响。研究结果表明，PVDF/ATP杂化膜较纯PVDF膜，膜孔更加均匀致密;亲水性得到改善，纯水通量增大;随TA-ATP添加量的增加，PVDF/TA-ATP/PEG杂化膜表面膜孔孔径增大数量增多，断面海绵层结构更加致密，亲水性得到改善，纯水通量及对Ni2+离子的吸附性能均呈增大趋势;吸附机理符合伪二级动力学模型，Langmuir、Freundlich方程均能较好的描述等温吸附过程。
　　最后探讨了凝固浴温度、凝固浴组成、致孔剂等制膜条件对杂化膜成膜机理和膜结构与性能的影响。研究结果表明，随着温度的升高，PVDF/TA-ATP/PEG体系耐非溶剂能力增强，成膜速度加快，膜孔结构由指状孔向海绵层结构渐变，纯水通量降低;随着凝固浴中乙醇、DMF含量的增加，PVDF/TA-ATP/PEG体系耐非溶剂能力增强，成膜速度减慢，膜孔结构由指状孔向海绵层结构渐变，纯水通量整体呈增大趋势;随着添加剂PEG分子量的增大，PVDF/TA-ATP/PEG体系耐非溶剂能力减弱，成膜速度减慢，膜孔结构膜孔尺寸变大，数量变多，纯水通量增加;随着添加剂PEG添加量的增大，PVDF/TA-ATP/PEG体系耐非溶剂能力减弱，成膜速度加快，膜孔结构由海绵层向指状孔渐变，纯水通量增加。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 重金属离子污染现状及处理方法

1．1．1 重金属离子污染现状

1．1．2 重金属离子去除方法

1．2 凹凸棒土的性质及在重金属废水处理中的应用

1．2．1 凹凸棒土的资源储量及晶体结构

1．2．2 凹凸棒土的重要特性

1．2．3 凹凸棒土的改性研究

1．2．4 凹凸棒土在重金属废水处理中的应用

1．3 单宁酸简介及应用

1．3．1 单宁酸结构及性质

1．3．2 单宁在水处理中的应用现状

1．4 PVDF复合膜的制备及应用

1．4．1 聚偏氟乙烯结构与性能

1．4．2 聚偏氟乙烯膜的几种相转化制备方法

1．4．3 聚偏氟乙烯膜的研究应用现状

1．5 浸没沉淀相转化法制膜的成膜机理

1．5．1 成膜过程热力学

1．5．2 成膜过程动力学

1．5．3 膜结构的影响因素

1．6 本课题研究意义和主要内容

第二章 单宁酸改性凹凸棒土的制备及结构与性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原材料与试剂

2．2．2 仪器和设备

2．2．3 凹凸棒土的酸处理

2．2．4 凹凸棒土的有机改性

2．2．5 单宁酸改性凹凸棒土

2．2．6 结构表征与性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 改性凹凸棒土的FTIR

2．3．2 改性凹凸棒土的XRD

2．3．3 改性凹凸棒土的TG／DTG

2．3．4 TEM

2．3．5 凹凸棒土对Ni2+的吸附性能

2．4 本章小结

第三章 PVDF／ATP杂化膜的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原材料和试剂

3．2．2 仪器和设备

3．2．3 PVDF／ATP杂化膜的制备

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 膜形貌分析

3．3．2 纯水通量

3．3．3 动态接触角

3．3．4 杂化膜对Ni2+吸附性能

3．3．5 动力学与吸附等温线

3．4 本章小结

第四章 不同成膜体系的PVDF／TA-ATP杂化膜结构和性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品及仪器

4．2．2 仪器和设备

4．2．3 成膜热力学及动力学研究

4．2．4 膜的制备及结构、性能测试

4．3．3 PVDF／TA-ATP／PEG平板膜的制备

4．3 实验结果及讨论

4．3．1 凝固浴温度对PVDF／TA-ATP／PEG成膜过程及膜性能的影响

4．3．2 凝固浴组成对PVDF／TA-ATP／PEG成膜过程及膜性能的影响

4．3．3 添加剂PEG对PVDF／TA-ATP／PEG成膜过程及膜性能的影响

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢