TA/CS复合纳滤膜制备及性能研究

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膜技术是21世纪备受关注的水处理技术,其应用于生产生活中的各个领域,纳滤技术更是膜技术中应用范围相对较广,产品较多的技术之一。纳滤膜作为纳滤技术的核心,其具有操作压力低,分离性能好等优点,是膜领域的热门研究对象,而纳滤膜的制备最常用的方法为界面聚合。本研究将传统的聚丙烯腈(PAN)超滤膜水解改性,以配制好的单宁酸(TA)/壳聚糖(CS)胶体粒子溶液为水相,将均苯三甲酰氯(TMC)溶于正己烷作为油相,利用Fe3+配位和螯合作用促进TA/CS胶体粒子在改性PAN超滤膜表层快速共沉积,然后在其表面上与均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合制备了TA/CS复合纳滤(NF)膜。研究了TA/CS复合纳滤膜的过滤性能。另外水相中添加磺化胺单体2,4-二氨基苯磺酸(MPDASA),研究引入磺酸基团后的磺化复合膜过滤性能。以聚丙烯腈水解时间、TA浓度、CS浓度、TMC浓度、界面聚合时间、热处理温度和时间为主要研究对象,研究了7种制备条件对TA/CS复合膜性能的影响。另外针对磺化复合膜,研究了磺化胺单体MPDASA的浓度对磺化TA/CS复合膜过滤性能的影响。通过SEM、AFM、XPS、WCA、Zeta电位分析等手段对复合纳滤膜进行了表征,分析了基膜和复合膜的表面形态和粗糙度、化学特性、亲疏水性和荷电性。对不同TA/CS复合膜进行了性能测试和比较,并且研究了磺化复合膜在防污效果上的改善。最终结果如下:通过调控制膜影响因素,发现TA、CS、TMC浓度分别为0.15%、0.25%、0.1%时,并且界面聚合时间为3min、基膜水解时间为1h,在60℃下热处理10min制备的TA/CS复合膜性能最优。其对Na2SO4、Mg SO4和Na Cl的截留率分别为95.15%、87.24%和75.32%,纯水通量达到26.97 L·m-2h-1(0.5Mpa,室温)。当磺化胺单体MPDASA的浓度为0.075%时,磺化TA/CS复合膜对盐的截留率最优,对Na2SO4和Mg SO4的截留率分别达到96.21%和90.35%。SEM和AFM证明了复合膜致密表层的形成。XPS证明了Fe3+和磺酸基团的存在,并证明界面聚合反应发生。对不同复合膜过滤性能测试的结果显示,HPAN-1与HPAN-2、HPAN-3的性能差异较大,HPAN-1对盐的截留能力远低于后两种膜,证明Fe3+存在的条件下,极大改善了复合膜对盐的截留性能。并且磺化复合膜HPAN-3防污性能更优,在0.1g/L腐殖酸(HA)、牛血清白蛋白(BSA)环境下过滤24h后均具有优异的通量恢复率(FRR),其中在BSA中的通量恢复率为87.07%,在HA中的恢复率达到94.45%。
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