聚酰胺纳滤膜表面高渗透性抗污染涂层的构建

摘要

膜污染会导致膜渗透通量和出水水质的下降，是制约聚酰胺复合膜应用发展的主要因素之一，因此提高聚酰胺复合膜的抗污染性是十分必要的。聚乙烯醇(PVA)作为一种中性的亲水性材料，具有化学结构稳定、亲水性良好以及成膜性好等优点，常被用于制备聚酰胺复合膜表面抗污染涂层，但是由于其易结晶的特点，导致制备的PVA抗污染涂层渗透性较差，因此如何提高PVA涂层的渗透性能具有十分重要的意义。 本课题以羟丙基甲基纤维素(HPMC)为功能改性材料，以戊二醛为交联剂，采用涂覆-交联工艺，在聚酰胺纳滤膜表面构建高渗透性PVA/HPMC抗污染涂层。采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、场发射扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测定仪、Zeta电位仪等表征分析来探究PVA/HPMC涂层对复合膜表面的化学结构、表面微观形貌、亲水性、荷电性和粗糙度的影响;采用错流渗透实验来探究PVA/HPMC涂层对涂覆膜的分离性能、抗污染性能的影响，并对涂层的稳定性进行评价。得到的研究结果如下所述: (1)膜表面物理化学性质研究表明:采用涂覆交联工艺可成功在聚酰胺复合膜表面构建高渗透性的PVA/HPMC涂层。FTIR图谱中在1026 cm-1处出现新的醚键(C-O-C)特征吸收峰，表明PVA、HPMC与GA之间的发生了交联反应;PVA/HPMC涂层能有效降低聚酰胺复合膜的表面粗糙度及表面电负性;XRD表征表明，与PVA涂层相比，PVA/HPMC涂层结晶度明显下降。 (2)分离性能研究表明:通过共混HPMC，可有效降低PVA涂层的水渗透阻力。纯PVA涂层的渗透阻力为1.402×1013m-1，而PVA/HPMC涂层的渗透阻力为0.810×1013m-1，下降42.1％; GA交联的PVA涂层的水渗透阻力为1.744×1013m-1，而GA交联的PVA/HPMC涂层的水渗透阻力则为1.107×1013m-1，下降了36.5％。 (3)抗污染实验表明:PVA/HPMC涂层可有效提高聚酰胺纳滤膜对荷正电污染物的抗污染性能，但会降低膜对荷负电污染物的抗污染性能。共混HPMC不影响PVA涂层的抗污染性能。原始PA膜、PA-PVA-GA膜和PA-PVA/HPMC-GA膜对阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵水溶液的通量损失率分别为64.5％、46.7％和44.4％，对阳离子染料维多利亚蓝B水溶液的通量损失率分别为59.3％、32.9％和32.5％，对阳离子染料中性红水溶液的通量损失率分别为75.7％、49.1％和49.5％，对牛血清蛋白水溶液的通量损失率分别为25.9％、35.8％和37.1％。 (4)稳定性实验表明:采用静态浸泡实验发现，PVA/HPMC-GA抗污染涂层具有很好的的耐热、酸和碱稳定性。经90℃热水浸泡4h以及在pH=2.0的盐酸水溶液和pH=12的氢氧化钠水溶液浸泡500 h后，涂层渗透阻力及抗污染性能均保持不变。

目录

论文说明

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摘要

第一章绪论

1．1纳滤膜的使用现状及问题

1．2聚酰胺复合膜表面抗污染改性

1．2．1表面接枝法

1．2．2表面涂覆法

1．3聚乙烯醇用于聚酰胺复合膜表面抗污染改性

1．4课题研究意义与主要内容

1．4．1课题研究意义

1．4．2主要内容

第二章实验部分

2．1实验原料试剂及仪器设备

2．1．1实验原料试剂

2．1．2仪器设备

2．2聚酰胺纳滤膜表面抗污染涂层的制备

2．3聚酰胺纳滤膜表面涂层的表征

2．3．1傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)分析

2．3．2热场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析

2．3．3原子力显微镜(AFM)分析

2．3．4静态接触角测定

2．3．5 Zeta电位的测定

2．3．6 X-射线衍射分析(XRD)

2．3．7涂层对分离性能的影响

2．4涂层对抗污染性能的影响

2．5涂层的稳定性能研究

2．5．1热稳定性能测试

2．5．2耐酸碱性能测试

第三章聚酰胺纳滤膜表面抗污染涂层的制备及表征

3．1聚酰胺复合膜表面抗污染涂层的制备

3．2复合膜表面涂层性质的研究

3．2．1傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)

3．2．2场发射扫描电镜(FE-SEM)

3．2．3原子力显微镜(AFM)

3．2．4静态接触角测试

3．2．5荷电性分析

3．2．6结晶度分析

3．3涂层对分离性能的影响

3．4本章小结

第四章涂层对抗污染性能的影响

4．1维多利亚蓝B(victoria blue B)污染实验

4．2牛血清蛋白(BSA)污染实验

4．3中性红(Neutral red)污染实验

4．4十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)污染实验

4．5小结

第五章涂层的稳定性研究

5．1热稳定性能研究

5．2耐酸碱稳定性研究

5．3本章小结

第六章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文