高濃度有機(jī)物廢水脫水膜的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、化工、制藥等行業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)伴隨大量高濃度有機(jī)溶劑廢水產(chǎn)生，采用傳統(tǒng)分離方法回收有機(jī)溶劑非常困難，導(dǎo)致其無法循環(huán)利用，廢棄則造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。滲透汽化膜分離對(duì)處理這類廢水具有明顯技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 分離膜是決定滲透汽化分離性能的關(guān)鍵元件。聚乙烯醇(PVA)可用作滲透汽化膜材料，但因高溫耐熱性差應(yīng)用受到一定限制。本課題對(duì)PVA進(jìn)行接枝聚合改性，合成兩種聚陽離子PVA和一種聚陰離子PVA，再將聚陰、陽離子自組裝成聚離子復(fù)

2、合物(PIC)。對(duì)各種聚離子(PI) PVA及其PIC膜材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試，將PIC膜用于高濃度醇廢水中醇溶劑的回收。 PI的合成及表征：以過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑，PVA分別與丙烯酰胺、三甲基烯丙基氯化銨和丙烯酸發(fā)生接枝聚合反應(yīng)，合成了PVA接枝聚乙烯銨(PVA—g—PVAM)、PVA接枝聚三甲基烯丙基氯化銨(PVA—g—PTMAAC)和PVA接枝聚丙烯酸鈉(PVA—g—PSAC)；研究反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、單體

3、濃度及引發(fā)劑濃度對(duì)接枝參數(shù)的影響；用紅外(IR)、掃描電鏡(SEM)、差示掃描量熱儀(DSC)、電導(dǎo)率儀對(duì)PI膜材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試。結(jié)果表明，PVA—g—PVAM在1668 cm-1和1566cm-1出現(xiàn)NH3+不對(duì)稱和對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰，PVA—g—PTMAAC在1647 cm-1和962 cm-1出現(xiàn)季銨鹽整體基團(tuán)和季銨鹽中C—N特征吸收峰，PVA—g—PSAC在1567 cm-1和1415cm-1出現(xiàn)羧酸鹽特征吸收峰；SEM照

4、片顯示膜表面形態(tài)較PVA發(fā)生明顯變化；DSC顯示PI膜的耐熱性較PVA顯著提高；PI水溶液具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性。 PIC的制備及表征：聚陰離子PVA—g—PSAC分別與聚陽離子PVA—g—PVAM、PVA—g—PTMAAC自組裝，制備兩種PIC膜。IR結(jié)果顯示，PVA—g—PVAM/PVA—g—PSAC(PIC1)在1666 cm-1、1563 cm-1和1411 cm-1出現(xiàn)聚離子對(duì)的特征吸收峰，PVA—g—PTMAAC/PV

5、A—g—PSAC(PIC2)在1654 cm-1、1563 cm-1和1415 cm-1出現(xiàn)聚離子對(duì)的特征吸收峰，證明PI已自組裝為PIC； PIC膜的SEM照片表面呈現(xiàn)有序孔狀結(jié)構(gòu)，有利于水的吸收；PIC膜性能測(cè)試結(jié)果表明，耐熱性較PVA顯著提高；PIC水溶液pH≈5(反離子等摩爾復(fù)合)時(shí)，膜耐水性最好；退火溫度升高， PIC膜耐水性提高；有機(jī)物極性越弱，PIC膜對(duì)其中水的分離選擇性越好；PIC膜吸水速率較純PVA膜顯著提高。

6、 PIC膜滲透汽化性能的紅外表征：分別利用一維紅外(1D—IR)和二維紅外(2D—IR)分析了兩種PIC膜對(duì)乙醇/水、丙酮/水、異丙醇/水、乙酸/水體系中水的滲透汽化行為。改變濃度的IR結(jié)果表明，除乙酸/水外，都有良好的分離選擇性。1D—IR中1660～1560 cm-1處僅出現(xiàn)水的吸收，且隨水含量增加顯著增強(qiáng)。對(duì)乙酸/水分離體系不適合，因1700 cm-1出現(xiàn)C=O基吸收峰，說明乙酸也可被膜吸附滲透。改變濃度的2D—IR結(jié)果顯示，

7、高接枝率的PIC膜對(duì)有機(jī)物中水的吸附選擇性更好，滲透過程中存在三種形態(tài)的水，自由水、結(jié)合水及締合水。有機(jī)物水溶液中自由水優(yōu)先滲透到膜中與聚離子對(duì)締合，結(jié)合水再進(jìn)入膜中與聚離子對(duì)締合，形成締合水達(dá)到溶脹平衡；變溫1D—IR中，隨加熱溫度升高，1660～1560 cm-1的吸收幾乎消失，說明PIC膜中水易汽化解吸。變溫2D—IR結(jié)果表明，高接枝率PIC膜更易汽化解吸，汽化過程中也存在三種形態(tài)的水，自由水和結(jié)合水及締合水。隨溫度升高，自由水優(yōu)

8、先揮發(fā)，結(jié)合水及締合水轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤贀]發(fā)，最終水完全脫離膜，達(dá)到與有機(jī)物分離的目的。 PIC復(fù)合膜滲透汽化性能測(cè)試：分別將兩種PIC與聚丙烯腈(PAN)制備PIC復(fù)合膜，從高濃度醇廢水中回收醇溶劑，結(jié)果表明，分離因子α均大于600，滲透通量J均大于1000g/(m2·h)，較其它交聯(lián)膜、純PVA膜有了顯著提高，回收后的醇溶劑可循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保雙贏的目的。 本研究所制PIC，一次成膜無沉淀、工藝簡單易操作?？朔?/p>