PIP-TMC復(fù)合膜表面接枝親水性小分子及其性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、聚酰胺納濾膜是復(fù)合膜的重要組成部分,其孔徑在納米級別,分離機(jī)理由空間排斥效應(yīng)和唐南效應(yīng)共同決定,具有高通量、高多價鹽截留和低單價鹽截留等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于飲用水純化、硬水軟化、污水處理以及分離濃縮等領(lǐng)域。但是,由于膜污染現(xiàn)象的存在,納濾膜在工程應(yīng)用中往往會出現(xiàn)性能衰退和使用周期縮短等情況。因此,從膜材料入手,研究出具有優(yōu)異抗污染性能的新型納濾膜具有非常重要的意義。
  本論文選擇三乙醇胺(TEOA)、二乙醇胺(DEA)和丙三醇(G

2、Ly)作為改性單體,通過酯化或酰胺化接枝反應(yīng)對哌嗪-均苯三甲酰氯(PIP/TMC)初生態(tài)納濾膜表面進(jìn)行功能化改性,并探究不同改性工藝對復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和分離性能的影響。采用傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(ATR-FTIR)、X射線光電子譜(XPS)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、水接觸角評價裝置以及Zeta電位測定儀等對復(fù)合膜表面理化性質(zhì)和形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。采用錯流分離試驗(yàn),對復(fù)合膜的截留分子量、無機(jī)鹽分離性能和染料分離性能進(jìn)行

3、系統(tǒng)研究。選擇牛血清蛋白(BSA)、海藻酸鈉(SA)和陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)作為特征污染物,評價復(fù)合膜對不同種類污染物的抗污染性能。相關(guān)結(jié)論如下:
 ?。?)利用初生態(tài)PIP/TMC納濾膜表面未反應(yīng)的酰氯基團(tuán),可實(shí)現(xiàn)對PIP/TMC復(fù)合納濾膜的表面接枝改性。XPS和ATR-FTIR分析表明,TEOA和GLy分子通過與初生態(tài)膜表面酰氯發(fā)生酯化反應(yīng),DEA分子通過與酰氯生成酰亞胺鍵而接枝于膜表面。改性后膜表面負(fù)電性減弱。SEM表

4、征發(fā)現(xiàn),改性前后聚砜底膜上的聚酰胺層厚度均為150 nm左右,且表面呈“結(jié)節(jié)狀”結(jié)構(gòu);AFM表征發(fā)現(xiàn),復(fù)合膜表面均方根粗糙度(RMS)均在10 nm以內(nèi),改性過程未對其造成明顯影響;截留分子量(MWCO)測定表明,原膜與改性膜的截留分子量均在300 Da左右,接枝改性對原膜交聯(lián)度無影響。
  (2)改性過程可通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)進(jìn)行控制。接枝改性PIP/TMC復(fù)合膜的分離性能受到改性單體濃度、改性單體種類、酸吸收劑濃度、改性反應(yīng)時間等

5、因素影響。增加改性單體濃度或者適當(dāng)延長反應(yīng)時間均可增強(qiáng)改性效果。但是酯化或酰胺化接枝和酰氯水解是一對競爭性反應(yīng),過度延長反應(yīng)時間反而有助于酰氯水解,所以通過調(diào)節(jié)改性單體濃度來控制改性過程是一個較為理性的途徑。綜合考慮復(fù)合膜的分離性能,初生態(tài)PIP/TMC復(fù)合膜的改性工藝為:TEA=0.30 wt%,SDS=0.05 wt%;反應(yīng)時間=2 min,改性劑(TEOA、DEA或GLy)=0.035 mol/L。
 ?。?)初生態(tài)PIP/

6、TMC納濾膜表面接枝親水性小分子能夠提高復(fù)合膜滲透通量。通過對改性前后復(fù)合膜的分離性能研究發(fā)現(xiàn),在25℃、0.5 MPa的操作條件下,未改性膜的純水通量為80.6 L/(m2·h),改性膜NF-TEOA-0.035、NF-DEA-0.035、NF-Gly-0.035的純水通量分別為93.5、91.9和90.5 L/(m2·h),硫酸鈉截留率均穩(wěn)定在98.0%左右。對復(fù)合膜進(jìn)行長時間穩(wěn)定性能試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),改性膜具有較好的運(yùn)行穩(wěn)定性。進(jìn)行染料

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