氯化聚氯乙烯疏松纳滤分离层的构建及分离性能研究

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目前,传统印染废水处理技术很难实现有机染料和无机盐的有效分离。在膜分离技术中,纳滤膜基于尺寸筛分和荷电效应能够有效分离有机染料和无机盐,但是基于界面聚合法制备的传统纳滤膜处理印染废水时存在操作压高、效率低和截盐率高等缺点,而且纳滤分离层与基膜之间无化学键链接导致在高压下长时间运行易脱落。因此,本文在水溶液中通过化学交联法在复合膜表面构建具有不同疏松程度的荷正电纳滤分离层,实现了对染料/Na盐的有效分离,主要成果如下:(1)采用非溶剂致相分离(NIPS)法制备了苯乙烯-马来酸酐无规共聚物(SMA)/氯化聚氯乙烯(CPVC)复合膜。通过改变SMA含量、凝固浴温度和凝固浴组成调控复合膜的微观结构及与分离性能的关系。结果表明:添加SMA会加快相分离速率,使复合膜表面从双连续孔结构变为圆形孔结构。当SMA含量为2 wt.%时,SMA与CPVC相容性好,复合膜表面的圆形孔孔径分布均匀,膜断面为指状大孔,膜的抗污染性能最佳。当凝固浴温度为30℃时,复合膜表面的圆形孔孔径分布均匀,膜断面的指状大孔贯通膜层,膜的抗污染性能好;当凝固浴水中含有3 wt.%DMAc时,复合膜表面的双连续孔和圆形孔共存,平均孔径变小,亚层指状小孔多,膜的抗污染性能好。(2)采用不同分子量聚乙烯亚胺(PEI)水溶液,通过化学交联在SMA/CPVC复合膜表面构建了具有不同疏松程度的强荷正电性的支化胺纳滤分离层。该支化胺纳滤分离层厚度,随着PEI链段长度增加而逐渐变薄和变疏松。通过计算模拟得到有机染料分子结构的几何优化尺寸和表面静电分布情况,支化胺纳滤分离层对考斯马蓝R250(BBR)、甲基蓝(MB)、刚果红(CR)和酸性品红(AF)的截留机制以尺寸筛分为主,其截留率均高于95%;而对溴甲酚绿(BTB)和溴百里香酚蓝(BCG)的截留率(均低于78%)明显低于相近分子量的CR,其截留机制以尺寸-静电效应协同为主。在0.2MPa操作压下,支化胺纳滤分离层对BBR和Na Cl混合溶液具有良好的分离性能,BBR的截留率高于98%,Na Cl的截留率低于10%。分子量为22k g/mol PEI所构建的支化胺纳滤分离层对高Na Cl盐浓度和染料混合溶液有良好的分离性能,其承受的压力最大值为0.4MPa。在0.2MPa操作压下,该支化胺纳滤分离层分离染料/Na Cl的长时间运行稳定性较好。(3)采用分子量为22k g/mol PEI所构建的支化胺纳滤分离层作为基膜,引入带有不同环氧官能度的小分子(BDE、EGDE和PTGE)调控支化胺纳滤分离层的致密度,构建了环氧交联纳滤分离层,它的O/N比值比支化胺纳滤分离层的大,致密度高,对CR、AF、BCG和甲基紫(CV)的截留率高。三种环氧交联纳滤分离层对染料溶液的渗透通量顺序为EGDE>BDE>PTGE,对BCG的截留率顺序为PTGE>EGDE>BDE,均大于95%;而且对Na Cl和Na2SO4截留率分别低于20%和30%。含有双环氧官能团EGDE所构建的环氧纳滤分离层对高盐浓度染料溶液有较好的分离性能,也具有良好的长时间运行稳定性。
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