高分子复合纳滤膜的制备及应用毕业论文
2020-06-17 21:43:17
摘 要
在这项工作中，提出了一种通过控制支撑PES膜的形成的条件的方法用于界面聚合制备新型的高通量和高截留率的H-TFC膜。H-TFC膜大打破了纳滤膜的通量与截留率之间的平衡关系，其性能优于其他文献中报道的纳滤膜和大多数的商业纳滤膜。此外，在盐分离过程中进行了不同进料浓度，进料温度和操作压力的系统性的研究。H-TFC膜在硫酸盐和氯离子的分离中表现出优异的分离效果，这使其在氯碱工业中非常有希望。
关键词：高通量 高截留率 薄层复合材料(TFC) 氯碱工业 盐分离
The preparation and application of polymeric nanofiltration membranes
Abstract
In this work, a new high-throughput and high rejection H-TFC membranes was prepared by controlling the formation conditions of the support PES membranes for interfacial polymerization. The H-TFC membrane breaks the balance between the flux and the rejection of the nanofiltration membrane, which is superior to the nanofiltration membrane and most commercial nanofiltration membranes reported in other literatures. In addition, a systematic study of the different feed concentrations, feed temperatures and operating pressures was carried out during salt separation. The H-TFC membrane exhibits excellent performance in the separation of sulfate ions and chloride ions, which makes it very promising in the chlor-alkali industry.
Key words：high-throughput; high rejection; H-TFC membrane; chlor-alkali industry; salt separation
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 文献综述 1
1.1膜分离技术 1
1.1.1膜技术简介 1
1.1.2纳滤膜技术简介 1
1.1.3纳滤膜的发展现状 1
1.2界面聚合复合纳滤膜 2
1.2.1界面聚合复合纳滤膜简介 2
1.2.2界面聚合法的优势和问题 3
1.3复合纳滤膜在实际应用中的现状 3
1.3.1复合纳滤膜在水处理行业应用现状 3
1.3.2复合纳滤膜在应用上的前景和面临问题 4
1.4纳滤膜研究现状及发展趋势 4
1.4.1纳滤膜的研究进展[2] 4
1.4.2纳滤膜常用制备及改性方法[2] 4
1.4.3纳滤膜的发展趋势 5
1.5本文研究内容及意义 6
第二章 界面聚合有机复合纳滤膜的制备 7
2.1实验药品及仪器 7
2.1.1实验药品 7
2.1.2实验仪器 7
2.2实验部分 7
2.2.1界面聚合复合膜的制备 7
2.2.2膜的形貌结构表征 8
2.2.3膜的亲水性能的表征 8
2.3实验结果与讨论 9
2.3.1 溶剂类型对基膜和TFC膜性能的影响 9
2.3.2聚合物的浓度对TFC NF膜结构和性能的影响 10
2.3.3 PEG-400浓度和凝固浴对基膜及TFC膜性能的影响 12
2.3.4膜的亲水性能 17
2.4本章小结 18
第三章 复合纳滤膜性能测试 19
3.1实验药品及仪器 19
3.1.1实验药品 19
3.1.2实验仪器 19
3.2实验部分 19
3.2.1四种常见单一盐溶液截留率的测试 21
3.2.2 SO42-和Cl-分离实验 21
3.2.3不同的进料温度下盐分离实验 21
3.2.4纳滤膜的长时间稳定性测试 21
3.2.5耐压实验 21
3.2.6膜的抗氯性能的测试 21
3.2.7膜的抗污染性能测试 21
3.3实验结果与讨论 22
3.3.1四种常见单一盐溶液截留率的测试 22
3.3.2 SO42-和Cl-分离实验 22
3.3.3不同的进料温度下盐分离实验 24
3.3.4纳滤膜的长时间稳定性测试 25
3.3.5耐压实验 26
3.3.6膜的抗氯性能的测试 26
3.3.7膜的抗污染性能测试 27
第四章 结论与展望 28
4.1结论 28
4.2展望 29
参考文献 30
致谢 33
文献综述
1.1膜分离技术
1.1.1膜技术简介
随着科技的快速发展，膜在当代生活和工业生产中扮演着非常重要的角色，所以它被国内外普遍的关注和重视。分离膜[1]就是膜技术中的一种，它以具有某种功能的膜为媒介，功能膜的两边存在某种能量差时，料液一边中的某个成分会在能量差的推动下渗透到膜的另一边，这样便可以完成分离以及纯化的目标。因此，功能膜是膜过程中最关键的部分。膜技术过程可以很大程度地降低外部能量的消耗而且过程具有易于操作、简单方便等特点，所以膜技术的这些特点给社会带来了巨大的利益和价值[2]。
1.1.2纳滤膜技术简介
NF[3]过程是一种新颖的膜过程，它具备两个特点:一方面NF膜所截住的物质的相对分子质量在UF和RO膜之间，其大概在200-1000左右，且NF膜的孔径大致为1nm，所以被称作“纳滤”；另一方面是NF膜的薄层具有荷电活性官能团，所以NF膜的表层具备某种电性。从NF膜的构造分析，NF膜的表层大部分是两种有机聚合物合成的一种薄膜材料，而薄膜下方是起增强机械性能作用的支撑层，而且制备它们所用的有机聚合物也不一样。纳滤的出现刚好弥补了超滤和反渗透技术所不能处理的领域。
1.1.3纳滤膜的发展现状
纳滤膜的第一次研发是出现在上世纪70年代末期的J.E Cadotte[4]对NS-30 这种类型膜的研发，他使用哌嗪（PIP）与均苯三甲酰氯(TMC)和间苯二甲酰氯经过界面聚合反应制备了NS-300膜。此后，纳滤膜快速发展，20世纪80年代早期，美国的Film Tec的研究人员研究出一种薄层高分子复合纳滤膜（NF-40、NF-50、NF-70).直到90年代，纳滤膜更加迅速地发展，为了使复合纳滤膜更好地应用在不同的领域，不同的复合纳滤膜相继被开发研制出来。
目前，纳滤滤膜大多是以界面聚合制得的芳香聚酰胺复合膜[5]，并且膜上多为负电荷带电基团，如羧基、酰胺基等。国内已经掌握纳滤膜的制作方法，但是生产不够稳定，产品品种也较少，产量较低。当前，国内外一方面在研发有机高分子复合纳滤膜，这种复合纳滤膜的研究较多，但是也有研究无机纳滤膜的，而且无机纳滤膜的研发也越来越被人们所关注和重视起来。
1.2界面聚合复合纳滤膜
1.2.1界面聚合复合纳滤膜简介
杜邦公司的Morgan[6,7]等在20世纪50年代第一次阐述了界面聚合的理念。界面聚合[8]是两个活性非常高的单体在两种不互溶的液相（一般为水相和油相）的界面处进行的聚合反应。水相一般为多元胺，油相一般为多元酰氯，将两相倒在聚砜类基膜的表层，当两相接触时，两相中的活性单体就会在不互溶的水相和油相的界面处形成一层活性分离层[9]。复合NF膜的大致结构如下：
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