聚乙烯基聚酰胺复合纳滤膜的结构调控及分离性能研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:klyh2008
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纳滤(NF)的分离性能介于超滤和反渗透之间,具有低功耗、能够对大多数多价离子和低分子量有机物实现高效分离等特点,已成为膜分离技术领域最重要的成员之一。目前为止,大多数可用的纳滤膜都是聚酰胺薄膜复合(PA-TFC)膜,PA-TFC膜具有高水通量和高选择性被广泛用于水处理中。PA-TFC纳滤膜通常是薄而致密的分离层和多孔超滤支撑层组成,其中支撑层多由相转变方法制备,厚度通常超过100μm,降低了膜组件的堆积密度,提高了水透过阻力。商用聚乙烯(PE)锂离子电池隔膜被认为是最有希望作为支撑层的候选材料,因为它具有超薄厚度、高机械强度和优良的耐溶剂性。超薄的厚度可以减少PA-TFC膜的浓度极化,提高NF膜组件的堆积密度,并减少水的传输路径。本论文利用商用PE膜作为支撑层,对其进行亲水化修饰后再进行界面聚合,制备高性能聚酰胺纳滤膜。研究工作和结论如下:(1)通过聚多巴胺(PDA)和聚乙烯亚胺(PEI)共沉积技术对厚度为7μm的PE膜进行亲水化处理,然后直接与1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合,形成致密且带负电的聚酰胺-聚酯选择层。随着PDA/PEI反应时间的增加,分离层变得更加致密,实现高水通量有效去除阴离子染料。在1 bar操作压力下,最优膜M3-5的水通量为61.0L m-2 h-1,对阴离子染料曙红Y(EY,Mw=691.9 Da)的去除率为91.4%,对中性分子维生素B12(VB12,Mw=1355.4 Da)的去除率仅为7.4%。这说明,在过滤过程中,分子的吸附对阴离子染料的脱色起着关键作用。同时,M3-5对染料/无机盐混合溶液显示出良好的选择性。(2)利用低温等离子技术对PE膜进行改性,PE膜的亲水性得到显著改善。然后,利用水相单体哌嗪(PIP)和油相单体TMC进行界面聚合,制备致密无缺陷的聚酰胺分离层。实验结果显示,在2 bar操作压力下,所制备的聚酰胺纳滤膜PPE-9-30对Mg SO4的截留率为89.2%,水通量为5.3 L m-2 h-1 bar-1。水相添加剂牛磺酸(TI)可以提高聚酰胺分离层对二价硫酸盐的截留率,PPE-9-31对Mg SO4的截留率从89.2%提高到95.1%,表现出非常优异的分离性能。(3)采用新型水相单体N-氨乙基哌嗪(AEP)在等离子体亲水化改性PE基膜上进行界面聚合反应制备了PA-TFC纳滤膜。研究结果表明,最优膜PPE-9-AC-T通过孔道筛分和电荷排斥实现对二价阳离子无机盐的有效截留,其中,最优膜能够截留无机盐Mg SO4和Mg Cl2,截留率分别为94.5%和91.5%。在NF的长期稳定性测试中,PPE-9-AC-T也表现出良好的性能稳定性。
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