添加剂对聚醚砜(PES)膜结构和性能的影响及优化

摘要

随着中国社会经济的快速发展，水污染问题也越来越严重。聚醚砜(PES)材料具有优良的物理机械性能和化学稳定性，良好的抗氧化和抗氯性能，主要用来制备超滤、微滤、气体分离、血液渗透膜等。但纯PES制备的膜存在亲水性较差、强力较低、寿命较短等不足。因此，通常利用添加剂对膜进行共混改性，来提高其亲水性、强力、寿命等性能。本文着重研究了不同种类和含量的添加剂（聚乙二醇PEG/聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚氨酯PU、聚氨酯PU/PVP、纤维素/氯化锂LiCl）对PES膜的基本性能（水通量、接触角、孔径、截留率、污染指数、含水率、强力等）和实际应用的影响。
　　本文通过添加PEG制备PES超滤膜。重点研究了不同分子量的PEG和不同质量分数的PEG对PES膜的各项性能的影响。实验结果表明，加入PEG后，其亲水性能有显著提高。随着PEG分子量的增加，在相同质量分数的条件下，膜的接触角先下降后上升，水通量先增加后减小;在PEG分子量相同的情况下，随着质量分数的增加，接触角先减少后趋于平稳，水通量先增加后减小。在PEG分子量为6000且质量分数为4％时，膜表面孔径分布均匀、截面有连贯的指状孔，经过此膜过滤的污水，浊度能够达到国家对生活饮用水的标准。
　　本文还通过添加PU制备PES超滤膜。重点研究了不同质量分数的PU和质量分数为5％的PVP对PES膜强力和亲水性的提升。实验结果表明，PU使得PES膜的强力有很大程度的提高，但随着PU质量分数的增加，PES膜的强度增幅逐渐变小，同时成膜率有所降低。制备得到的PES膜的接触角、污染指数、强度都有所降低，水通量、含水率、平均孔径都有所增加。制备得到的PES膜，污水过滤后的色度、浑浊度都能够达到国家对生活饮用水的标准。
　　本文还研究了不同质量分数的纤维素对PES膜的各项性能的影响。实验结果表明，少量的纤维素对膜结构的影响较大，随着其质量分数的增加，PES膜表面的孔逐渐变得分布不均匀，膜内部孔结构发生了较大变化，接触角先减小后急剧增加，水通量先上升后急剧下降。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 膜分离技术

1．1．1 膜分离的原理

1．1．2 膜分离的发展进程概括

1．1．3 我国膜分离技术的发展及现状

1．1．4 分离膜的分类

1．2 超滤膜

1．2．1 超滤膜材料的分类

1．2．2 超滤膜的制备方法

1．2．3 超滤膜的改性处理

1．2．4 添加剂对超滤膜的改性

1．2．5 超滤膜在水处理领域的应用

1．2．6 超滤膜的保存

1．3 聚醚砜(PES)膜

1．3．1 PES膜材料

1．3．2 PES膜的研究和应用现状

1．4 课题的提出及意义

1．5 论文的研究思路和内容

1．5．1 本论文的研究思路

1．5．2 本论文的研究内容

第二章 聚乙二醇对聚醚砜膜结构与性能的影响

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 PES、PEG平板膜的制备

2．2．2 PES膜的接触角

2．2．3 PES膜的水通量

2．2．4 PES膜的平衡含水率

2．2．5 PES膜的平均孔径

2．2．6 PES膜的截留效果

2．2．7 PES膜的形貌

2．2．8 PES膜的污染指数

2．2．9 PES膜的耐化学稳定性

2．2．10 PES膜的实际应用的评估

2．3 结果与讨论

2．3．1 PEG分子量大小对PES膜的各项性能的影响

2．3．2 不同质量分数的PEG-6000对PES膜的各项性能的影响

2．3．3 PEG-6000制备得到的PES膜的实际应用的评估

2．4 小结

第三章 聚氨酯对聚醚砜膜的结构与性能的影响

3．1 实验材料与仪器

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验仪器

3．2 实验方法

3．2．1 PES、PU平板膜的制备

3．2．2 PES膜的接触角

3．2．3 PES膜的水通量

3．2．4 PES膜的平衡含水率

3．2．5 PES膜的平均孔径

3．2．6 PES膜的截留效率

3．2．7 PES膜的强度

3．2．8 PES膜的形貌

3．2．9 PES膜的污染指数

3．2．10 PES膜的实际应用的评估

3．3 结果与讨论

3．3．1 单一添加剂PU的质量分数对PES膜结构和性能的影响

3．3．2 两种添加剂中PU的质量分数对PES膜结构和性能的影响

3．3．3 PU制备得到的PES膜的实际应用的评估

3．4 小结

第四章 纤维素对聚醚砜膜的结构和亲水性能的影响

4．1 实验材料与仪器

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验仪器

4．2 实验方法

4．2．1 PES、纤维素平板膜的制备

4．2．2 PES膜的接触角

4．2．3 PES膜的水通量

4．2．4 PES膜的平衡含水率

4．2．5 PES膜的平均孔径

4．2．6 PES膜的截留效率

4．2．7 PES膜的形貌

4．2．8 PES膜的污染指数

4．3 结果与讨论

4．3．1 纤维素的质量分数对PES膜接触角的影响

4．3．2 纤维素的质量分数对PES膜水通量的影响

4．3．3 纤维素的质量分数对PES膜平衡含水率的影响

4．3．4 纤维素的质量分数对PES膜平均孔径和截留率的影响

4．3．5 纤维素的质量分数对PES膜形貌的影响

4．3．6 纤维素的质量分数对PES膜污染指数的影响

4．4 小结

第五章 结论及展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢