CMCNa-PEI復(fù)合中空纖維正滲透膜的制備及其性能研究.pdf

1、正滲透膜分離技術(shù)是近些年發(fā)展起來的新型膜分離技術(shù)，具有能耗低、污染少、回收率高等優(yōu)點，已在海水淡化、食品加工、藥物釋放和廢水凈化等領(lǐng)域展現(xiàn)出其潛在應(yīng)用價值。正滲透膜分離技術(shù)的核心是高性能的正滲透膜，也是目前該領(lǐng)域的研究重點。
　　論文以聚丙烯中空纖維膜為支撐層，聚乙烯醇（PVA）為親水改性材料，以羧甲基纖維素鈉（CMCNa）和聚乙烯亞胺(PEI)為功能材料，以戊二醛（GA）為交聯(lián)劑，采用多層涂覆及表面交聯(lián)工藝，制備 CMCNa/P

2、EI復(fù)合中空纖維正滲透膜。系統(tǒng)研究了親水改性工藝、CMCNa與 PEI濃度、CMCNa與 PEI涂覆時間、GA濃度、GA溶液涂覆時間等對復(fù)合膜分離性能的影響規(guī)律。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、傅里葉紅外光譜（ATR-FTIR）、接觸角測量儀以及 Zeta電位儀等對CMCNa/PEI復(fù)合膜的表面物理化學(xué)性質(zhì)進行表征。采用錯流試驗，系統(tǒng)研究了CMCNa/PEI復(fù)合膜在不同工藝條件下的正滲透分離特性。采用靜置浸泡的方式評價了CMC

3、Na/PEI復(fù)合膜正滲透膜的化學(xué)穩(wěn)定性。最后，以牛血清蛋白（BSA）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和聚山梨酯-80（TW-80）為特征污染物，研究了CMCNa/PEI復(fù)合膜正滲透膜的污染特性，并與加壓反滲透過程進行對比，探討正滲透膜抗污染機理。得到以下結(jié)論：
　?。?）ATR-FTIR及FE-SEM結(jié)果表明：通過多層涂覆，可成功得在PP底膜表面生成CMCNa/PEI活性分離層。分離層厚度約為0.5μm，且表面光滑、致密。在pH

4、為3~9的范圍內(nèi)，CMCNa/PEI復(fù)合膜表面呈正電性。
　?。?）PP中空纖維膜親水改性研究表明：采用親水性材料（PVA）對PP中空纖維膜進行親水性，可有效提高 CMCNa/PEI復(fù)合膜的正滲透性能。在相同條件下，以 PP為基膜的復(fù)合膜的水通量（JV）、鹽滲透通量（JS）及JS/JV值分別為13.2 L/m2.h、15.8 g/m2.h和1.2 g/L，而以親水改性的PP為基膜的復(fù)合膜的水通量（JV）、鹽滲透通量（JS）及JS/

5、JV值則分別為26.4 L/m2.h、17.4 g/m2.h和0.66 g/L。
　?。?）CMCNa/PEI復(fù)合膜制備工藝研究表明：復(fù)合膜分離層結(jié)構(gòu)和性能受 CMCNa濃度、CMCNa涂覆時間、PEI濃度、PEI涂覆時間、戊二醛濃度和戊二醛涂覆時間等影響。復(fù)合膜的較優(yōu)制備條件為：CMCNa濃度=0.05 w/v％、CMCNa涂覆時間=20 min、PEI濃度=1.5 w/v％、PEI涂覆時間=5 min、戊二醛濃度=2.1 w/

6、v％、戊二醛涂覆時間=2 min。所得到的CMCNa/PEI復(fù)合正滲透膜在0.3 MPa、25℃及pH=6.8下，對500 mg/L MgCl2溶液的截留為90.8％，純水通量為29.1 L/m2.h。以去離子水為進料液，0.5 M MgCl2為汲取液，25℃及膜分離層朝向進料液的條件下，正滲透水通量為30.7 L/m2.h、鹽的滲透通量為17.9 g/m2.h。
　　（4）CMCNa/PEI復(fù)合膜正滲透性能研究表明：膜活性分離層

7、朝向、膜面流速和汲取液濃度影響正滲透性能。復(fù)合膜分離層朝向汲取液時，水通量和鹽滲透通量分別為22 L/m2.h和117 g/m2.h，JS/JV較大為5.3 g/L；而復(fù)合膜分離層朝向進料液時，正滲透水通量為30.7 L/m2.h、鹽滲透通量為17.9 g/m2.h，JS/JV僅為0.58 g/L。汲取液流速的增加可以降低內(nèi)濃差極化。當(dāng)汲取液流速從0.005 L/min提高到0.04 L/min時，水通量提高了20 L/m2.h左右，鹽

8、的滲透通量從5 g/m2.h增加到17.9 g/m2.h；進料液流速的增加可以降低外濃差極化現(xiàn)象，從而致使水通量增加，同時水通量的增加一定程度上抑制鹽的滲透通量。當(dāng)進料液流速從0.3 L/min增加到1.8 L/min時，水通量從21 L/m2.h增加到30.7 L/m2.h，鹽的滲透通量降低了12 g/m2.h左右。當(dāng)MgCl2汲取液濃度從0.5 M增加到2.0 M時，水通量呈線性上升，而當(dāng)汲取液濃度繼續(xù)增加時，水通量基本維持不變。而

9、鹽的滲透通量隨著汲取液濃度的增加而呈線性增加。
　?。?）化學(xué)穩(wěn)定性評價試驗表明：制備的CMCNa/PEI復(fù)合正滲透膜具有較好的耐酸、堿性能。在0.5 M的H2SO4和NaOH溶液中浸泡168小時，制備的CMCNa/PEI復(fù)合正滲透膜未見水通量和鹽滲透通量的明顯變化。
　?。?）膜污染試驗研究表明：制備的CMCNa/PEI復(fù)合正滲透膜具有較好的抗污染性能。以0.5M MgCl2為汲取液，進料液為1000 mg/L污染物（牛血