PAMAM/TMC反渗透复合膜的制备与性能研究

摘要

由于传统处理技术能耗高，分离效果不佳，膜技术被越来越多地应用于含油废水处理。针对稳定的盐水/油乳状液体系（油滴尺寸＜1μm），超滤、纳滤膜难以有效地同时去除油与盐离子，若能制备出耐油污染的反渗透复合膜则既可截留大部分油和盐离子实现水的再利用，又可保持良好的稳定性。本课题通过合成支化的酰胺-胺PAMAM(0G)分子作为水相单体，采用界面聚合法与油相单体均苯三甲酰氯(TMC)发生交联反应，制得PAMAM/TMC反渗透复合膜，利用PAMAM(0G)分子的支化结构和多胺基的性质，改进膜的耐污和分离性能。采用SEM、ATR-FTIR、AFM、接触角等多种方式表征了PAMAM/TMC复合膜的表面形貌、化学组成，研究了结构与性能的关系;考察了该膜对无机盐离子及不同尺寸油滴的水油乳状液的分离性能，并进一步考察了制膜工艺及操作条件对膜性能的影响;最后对PAMAM/TMC复合膜的耐油污染性、耐氯性、耐酸碱性等性质进行了研究，具体研究结果如下:
　　(1)首先采用发散法，以乙二胺和丙烯酸甲酯为原料，通过Michael加成和酰胺化缩合反应，合成了支化酰胺-胺PAMAM(0G)分子，采用红外和MALDI-TOF质谱等表征手段证实产物结构与预期相符合。Free Standing法制膜实验表明:支化酰胺-胺PAMAM(0G)分子作为水相单体，可以与TMC在界面处交联形成均匀的薄膜，具有良好的界面成膜性。
　　(2)以聚砜超滤膜为底膜，通过界面聚合反应制备了PAMAM/TMC复合膜，该复合膜分离皮层厚度约200nm，表面光滑，粗糙度仅为20nm左右，同时亲水性良好。该膜用于分离四种不同类型的盐水溶液，截留率均达到85％以上。其中对NaCl的截留率为85.3％左右，水通量达到20.81 L/(m2·h)。
　　(3)通过优化制膜工艺条件，确定在反应时间为180s、PAMAM(0G)浓度为2.4％(w/v)、TMC浓度为0.1％(w/v)及后处理温度为60℃条件下，PAMAM/TMC复合膜性能较优，对氯化钠的截留率为89.5％左右，水通量达到18.5L/(m2·h)。该复合膜用于盐水-油体系的分离结果表明:对小油滴（300hm左右）的截留率达到99％以上。此外，通过考察操作条件对膜性能的影响发现，操作压力在1.2MPa到2.8MPa范围内，水通量提高一倍左右，从13L/(m2·h)提高到27L/(m2·h);处理pH为7到9的原料液，膜性能比较稳定，截留率维持89％左右，水通量达到18L/(m2·h)。
　　(4)最后，对PAMAM/TMC复合膜的稳定性进行了考察:分离盐水/油体系时，运行24h后通量仅下降3％，对油与NaCl的截留率分别保持在98％与87％左右;经过2400ppm·h强度的活性氯处理，对NaCl截留率仍在85％以上，表明该复合膜具备良好的耐氯性;酸碱耐受性结果表明，PAMAM/TMC复合膜耐酸性能比耐碱性能更好，经过36h盐酸溶液处理，对NaCl截留率下降到86.5％，水通量从18.3L/(m2·h)提高到20.8L/(m2·h)左右。

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摘要

第一章 绪论

1．1 反渗透膜

1．1．1 反渗透膜发展概况

1．1．2 反渗透膜制备

1．1．3 反渗透膜材料

1．1．4 反渗透膜的应用及改良

1．1．5 反渗透膜分离含油废水

1．2 支化分子

1．2．1 支化分子发展概况

1．2．2 支化分子结构与性能

1．2．3 支化分子在膜领域的应用

1．3 课题提出和研究方案

第二章 PAMAM(0G)单体合成、表征及成膜性初步考察

2．1 前言

2．2 实验材料

2．3 实验设备

2．4 实验方法

2．4．1 水相单体PAMAM(0G)的合成

2．4．2 PAMAM的表征

2．4．3 PAMAM(0G)成膜性的考察

2．5 结果与讨论

2．5．1 红外图谱测定

2．5．2 MALDI-TOF质谱测定

2．5．3 PAMAM成膜性考察

2．6 小结

第三章 PAMAM／TMC反渗透复合膜的制备及结构与性能关系的研究

3．1 前言

3．2 实验材料

3．2．1 实验试剂

3．2．2 测试溶液

3．3 实验设备

3．3．1 实验设备

3．3．2 膜性能测试装置

3．4 实验方法

3．4．1 PAMAM／TMC复合膜的制备

3．4．2 复合膜分离性能的评价

3．4．3 PAMAM／TMC复合膜的表征

3．5 结果与讨论

3．5．1 PAMAM／TMC复合膜微观结构表征

3．5．2 PAMAM／TMC复合膜分离性能

3．6 小结

第四章 制膜工艺和操作条件对PAMAM／TMC复合膜性能的影响

4．1 前言

4．2 实验材料

4．2．1 实验试剂

4．2．2 测试溶液

4．3 实验设备

4．3．1 实验仪器

4．3．2 膜性能评价装置

4．4 测试方法

4．5 结果与讨论

4．5．1 反应时间对PAMAM／TMC反渗透复合膜性能的影响

4．5．2 PAMAM浓度对PAMAM／TMC反渗透复合膜性能的影响

4．5．3 TMC浓度对PAMAM／TMC反渗透复合膜性能的影响

4．5．4 后处理温度对PAMAM／TMC反渗透复合膜性能的影响

4．5．5 操作压力对PAMAM／TMC反渗透复合膜性能的影响

4．5．6 原料液pH对PAMAM／TMC反渗透复合膜性能的影响

4．5．7 PAMAM／TMC复合膜分离盐水-油乳状液的性能

4．6 小结

第五章 PAMAM／TMC复合膜稳定性研究

5．1 前言

5．2 实验材料

5．2．1 实验试剂

5．2．2 测试溶液

5．4．3 测试方法

5．3 实验设备

5．3．1 实验仪器

5．3．2 膜性能评价装置

5．4 实验方法

5．4．1 静置浸泡法

5．4．2 动态测试法

5．5 结果与讨论

5．5．1 PAMAM／TMC反渗透复合膜的耐油污染性能测试

5．5．2 PAMAM／TMC反渗透复合膜的耐氯性能测试

5．5．3 PAMAM／TMC反渗透复合膜的耐酸性能测试

5．5．4 PAMAM／TMC反渗透复合膜的耐碱性能测试

5．6 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历