雜萘聯(lián)苯聚醚酰胺超濾膜及其復合膜的研究.pdf

1、含二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)聚醚酰胺(PPEA)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達329℃，耐高溫可溶解、具有良好的化學穩(wěn)定性、機械強度、較好的親水性和成膜性，是制備高通量耐高溫分離膜的優(yōu)良膜材料。 以PPEA為膜材料，通過PPEA與溶劑的溶解度參數(shù)差和膜分離性能的研究確定DMAc為制膜溶劑，利用PPEA/DMAc/非溶劑的三元相圖研究了九種非溶劑對PPEA/DMAc溶液的相容性和沉淀能力，選擇乙二醇甲醚、乙二醇、乙醚、一縮二乙二醇和聚乙二醇(PEG)40

2、0為制膜添加劑，水為凝膠劑。詳細考察了聚合物濃度、添加劑種類和用量、停留蒸發(fā)時間、凝膠浴溫度等因素對PPEA超濾膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過鑄膜液組成和制膜工藝的調(diào)節(jié)，制得不同分離性能的超濾膜。在25℃，0.1MPa的壓力下，膜的純水通量介于43L·m-2·h-1～695L·m-2·h-1之間，截留分子量(PEG)介于2000-20000。在小型連續(xù)刮膜機上進行了放大實驗，制備了以無紡布為支撐的PPEA超濾膜。利用所制備的超濾膜在0.3MP

3、a、80℃下，通過恒容脫鹽高效地完成了對四種高分子染料的精制。經(jīng)過三個循環(huán)約150分鐘的脫鹽實驗即可除凈染料中的鹽，經(jīng)過6個小時的高溫染料脫鹽濃縮實驗，膜性能無明顯變化。 在PPEA超濾膜支撐層上，通過間苯二胺(MPD)/哌嗪(PIP)水溶液與均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反應(yīng)制備復合膜。研究了界面聚合中水相單體組成對復合膜功能層大分子的化學結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、膜表面形貌以及膜分離性能的影響。MPD與TMC反應(yīng)生成的功能層聚酰胺

4、具有部分結(jié)晶性，而水相單體中PIP比例超過50％后，生成的聚酰胺則為完全無定形聚合物。隨著水相單體中MPD比例增加，復合膜表面粗糙度提高，膜對NaCl的截留率增加而通量降低。 以PPEA超濾膜為支撐，通過MPD與TMC的界面聚合反應(yīng)制備了全芳聚酰胺復合反滲透膜。研究了基膜分離性能對復合膜性能的影響，選擇對PEG10000的截留率為95％，0.1MPa下純水通量為436L·m-2·h-1的超濾膜為復合膜基膜。通過界面聚合反應(yīng)條件的

5、優(yōu)化，制備了分離性能良好的復合膜。該膜在1.6MPa，25℃下對NaCl的截留率約為99.2％，滲透通量約22.9L·m-2·h-1。在20℃時，操作壓力從0.8MPa提高到2.0MPa，膜對NaCl的截留率由98.3％提高到99.2％，膜的滲透通量則由6.3L·m-2·h-1、提高到26.5L·m-2·h-1。在1.6MPa的壓力下，操作溫度從25℃提高到95℃，膜的滲透通量由22.9L·m-2·h-1提高到76.0L·m-2·h-1

6、，膜對NaCl的截留率無明顯變化。復合反滲透膜對NaCl的截留率和通量都隨鹽溶液的濃度增加而降低。復合反滲透膜對無機離子的截留率則遵循以下規(guī)律：Li+≈Na+≈K+＞Ca2+＞Mg2+＞Al3+，S042-＞C1-。對低分子有機物的截留率則隨有機物分子量提高而增加。利用此復合膜在75℃下處理高溫有機廢水，可使產(chǎn)水滿足處理要求。經(jīng)過15天的高溫廢水處理重復實驗，膜的通量降低約3.5L·m-2·h-1。 利用非平衡熱力學模型和Hag

7、en-Poiseuille方程，研究了操作壓力、溫度和測試液鹽濃度對復合反滲透膜分離性能的影響。通過回歸計算得到了反滲透膜的特征參數(shù)Lp、σ和P以及膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)K1。分別得到了膜的通量、截留率與操作壓力、溫度和濃度的關(guān)系方程，利用這些方程計算得到的膜通量和截留率的理論值與實驗值誤差較小，可以初步預測膜的分離性能。 以PPEA超濾膜為基膜，通過PIP/MPD水溶液與TMC的界面聚合反應(yīng)，改變水相中PIP/MPD配比，得到了五種具有

8、不同分離性能的復合納濾膜。在1.0MPa，25℃下，膜對NaCl的截留率則在74％～21％之間，相應(yīng)的通量介于35L·m-2·h-1～130L·m-2·h-1之間，復合納濾膜可完全截留的染料的分子量則介于270～700。操作溫度提高到80℃，膜的通量提高到87L·m-2·h-1～391L·m-2·h-1，截留率都無明顯變化。在1.0MPa，80℃下，將復合納濾膜用于對含鹽染料酸性鉻藍K水溶液的脫鹽精制。膜對染料的截留率約為100％，通量