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摘 要

本论文的实验内容是考察Ti/Zr复合粉体的表面荷电性能。以钛醇盐和锆醇盐为前驱体，异丙醇和正丙醇为溶剂，采用聚合溶胶路线制备出TiO₂、ZrO₂、Ti/Zr复合溶胶，并制备TiO₂、ZrO₂和Ti/Zr粉体以及Ti/Zr复合纳滤膜。通过测定TiO₂、ZrO₂和Ti/Zr粉体的Zeta电位值，考察不同pH以及不同电解质浓度对粉体荷电性能的影响，并考察Ti/Zr复合膜的纯水通量、截留分子量以及盐截留性能。结果表明：pH值增加，Zeta电位相对减小；浓度越高，Zeta电位越小。Zeta电位的测量与所用电解质溶液和所用粉体材料有关。Ti/Zr复合粉体的Zeta电位ζ(MgCl₂，CaCl₂)＞ζ(KCl，NaCl，Na₂SO₄)。Ti/Zr复合膜的截留分子量为860Da，对二价的截留率在79%―87%，符合Zeta电位的测试结果。

关键词：Ti/Zr复合 纳滤膜 荷电性能

The surface charge and electric of Ti/Zr composite NF membrane

ABSTRACT

The experiment content of this paper is surface charge and electric of Ti/Zr composite powder.We prepare composite sol of TiO_2, ZrO₂ and Ti/Zr with composite sol route and prepare composite NF powder of TiO_2, ZrO₂ and Ti/Zr and composite NF membrane of Ti/Zr, using titanium alkoxide and zirconium alkoxide as precursor and isopropanol n-propanol as solution. Measuring powder’s Zeta potential of TiO₂, ZrO₂ and Ti/Zr, we understand the pure water flux, molecular cut-off and salt intercept performance of Ti/Zr nanofiltration composite membrane by determining the effect of powder’s Zeta potential under different pressure, pH and electrolyte concentration. Results showed that firstly, the value of Zeta potential decreases with pH of solution higher; secondly, the value of Zeta potential decreases with the concentration of solution increases. The value of Zeta potential is related to the kind of electrolyte solution and solution. The Zeta potential of Ti/Zr powder ζ(MgCl₂，CaCl₂)＞ζ(KCl，NaCl，Na₂SO₄). The molecular cut-off of Ti/Zr composite menbrane is 860 Da. The reject rate of Ti/Zr composite menbrane to divalent ion is 79%-87%,which is fit to result of Zeta potential.

Key Words: Ti/Zr composite; Nanofiltration membrane; The charge storage property.

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 膜分离技术简介 1

1.2.1 膜分离技术的优点 1

1.3 纳滤膜概述 1

1.3.1 纳滤膜的定义 1

1.3.2 纳滤膜的分类 2

1.4 纳滤膜的表面荷电性 2

1.4.1 表面荷电性能对选择透过性的影响 2

1.4.2 表面荷电性能的影响因素 3

1.5 纳滤膜的制备 3

1.5.1 支撑体的制备 3

1.5.2 过渡层的制备 3

1.5.3 分离层的制备 4

1.6 纳滤膜的应用 4

1.6.1 饮用水处理 4

1.6.2 造纸废水处理 5

1.6.3 废碱回收 5

1.6.4 核苷酸浓缩 6

1.6.5 中药浓缩 7

1.7 陶瓷纳滤膜的研究现状 9

1.8 本课题的研究目的和研究内容 9

第二章 实验部分 9

2.1 实验试剂及仪器 9

2.2 Ti/Zr复合粉体和膜的制备 10

2.3 TiO₂、ZrO₂及Ti/Zr复合粉体的表征 10

2.4 Ti/Zr复合膜的表征 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 pH对粉体Zeta电位的影响 12

3.2 浓度对粉体Zeta电位的影响 15

3.3 溶液性质对粉体Zeta电位的影响 16

3.4 Ti/Zr膜的纯水通量及对PEG的截留性能 17

3.5 Ti/Zr膜的盐截留性能 17

第四章 结论 20

参考文献 21

致 谢 24

第一章 文献综述

1.1 引言

纳滤膜的研究与发展非常迅猛。我国从20世纪80年代后期就开始了纳滤膜的研制，并对其性能的表征及污染机理等方面进行了试验研究，取得了一些初步的成果。近年来，有些纳滤膜已投入工业化生产。纳滤是一项高效节能的分离技术，将其产业化并推向市场可形成一种新的水处理产业，拥有极好的推广应用前景。

1.2 膜分离技术简介

膜分离技术是指借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术，已经被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等^[1]。

1.2.1 膜分离技术的优点

与传统技术相比，膜分离技术具有如下优点^[2]：（1）膜分离的过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；（2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等；（3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至是离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型；（4）膜分离技术以压力差为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。

1.3 纳滤膜概述

1.3.1 纳滤膜的定义

膜的分类方法有很多种，比较常用的方法是按其孔径大小来划分。膜按其孔径大小可分为微滤膜（＞100 nm）、超滤膜（2~100 nm）、纳滤膜（0.5~2 nm）和反渗透膜（＜0.5 nm）^[3]。纳滤膜的研究起源于20世纪70年代，Cadote成功制备出NS-300复合膜，揭开了纳滤膜研究的序幕^[4]。纳滤与反渗透、超滤一样均属于压力驱动的膜分离过程。纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间，平均孔径约为1 nm左右，故称为纳滤膜。纳滤膜具有以下三方面的特点^[5-8]：

（1）纳米级孔径：纳滤膜孔径为1-2 nm，截留分子量为200 -1000 Da。

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