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聚氯乙烯纳米纤维基聚酰胺复合反渗透膜的制备与性能调控

作　者: 周琨
导　师: 王雪芬
学　校: 东华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 静电纺丝聚氯乙烯纳米纤维多巴胺改性界面聚合聚酰胺反渗透复合膜
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

反渗透已成为海水淡化和苦咸水脱盐最经济的技术之一。针对海水淡化用反渗透复合膜,目前的主要问题是反渗透膜压力大而水通量较低,从而能源消耗太大以致海水淡化成本较高。因而,要发展反渗透技术在海水及苦咸水脱盐中的应用,必须进一步研究和开发更适用的高通量膜材料及其成膜技术。基于静电纺丝纳米纤维膜的新型复合滤膜呈现比商业复合膜高10倍以上的水通量,有望进一步进行超薄选择层的优化用于脱盐淡化处理,取代传统的反渗透膜,获得高的通量。本论文旨在制备纳米纤维基聚酰胺复合反渗透膜以改善和提高反渗透复合膜的性能,并对其进行结构和性能表征。通过对聚氯乙烯静电纺丝工艺的优化,制备得到纤维直径在500至800纳米之间的聚氯乙烯纳米纤维膜。对聚氯乙烯纳米纤维基膜进行多巴胺改性,通过探索多巴胺溶液PH值、浓度、改性时间和膜的水接触角之间的关系,寻找最优的改性工艺。实验结果表明聚氯乙烯纳米纤维膜多巴胺改性的最佳工艺条件为:多巴胺溶液pH=8.0,浓度1.0g/L,改性时间12小时。红外光谱分析显示基膜表面附有多巴胺极性基团。扫描电子显微镜和原子力显微镜对聚氯乙烯纳米纤维基膜表面形态结构进行表征,图片显示在聚氯乙烯纳米纤维膜表面附上了一层多巴胺薄层。以间苯二胺和均苯三甲酰氯为反应物,采用界面聚合法在多巴胺改性后聚氯乙烯纳米纤维基膜上制备聚酰胺反渗透复合膜。以脱盐率和水通量为评价指标,探索界面聚合的影响因素和膜性能之间的关系,确定较好的成膜条件。实验中主要考察了界面聚合反应中的水相pH值、有机相浓度、反应时间、热处理温度及时间等成膜工艺条件对所制备膜分离性能的影响。实验结果表明制备聚酰胺反渗透膜的最佳工艺条件为:正己烷为溶剂,pH=9～11,室温下反应60s。最佳单体浓度为2wt%间苯二胺和0.2wt%均苯三甲酰氯。最佳后处理条件为70～90℃,8～12min。红外光谱仪对所制备膜的化学组成进行表征。扫描电子显微镜及原子力显微镜对所制备膜的结构和形态进行表征。红外光谱分析表明聚酰胺膜表面有聚酰胺的生成。扫描电镜结果表明在基膜上复合了一层致密的活性层。实验中,还对制得的聚酰胺反渗透复合膜的脱盐率、水通量等性能进行测试。分别考察了操作压力、滤料浓度、滤料温度等条件对聚酯酰胺反渗透膜分离性能的影响。对于1000mg/L的氯化钠溶液,在较低压力下,随操作压力增大,聚酰胺膜的水通量几乎呈直线上升;一定压力下,膜的通量随氯化钠浓度的增加而减小,膜对氯化钠的脱盐率随氯化钠浓度的增大略有下降。随着滤液温度的增加膜的通量和脱盐率同时增加。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-26
  1.1 反渗透复合膜概述  11-17
    1.1.1 反渗透复合膜简介  11-12
    1.1.2 反渗透复合膜发展概况  12-13
    1.1.3 反渗透复合膜的制备方法  13-15
    1.1.4 反渗透复合膜材料  15-17
  1.2 静电纺纳米纤维概述  17-24
    1.2.1 纳米纤维的制备方法  17-18
    1.2.2 静电纺丝的基本原理  18
    1.2.3 静电纺丝的研究进展  18-20
    1.2.4 静电纺丝纳米纤维在各领域的应用  20-22
    1.2.5 纳米纤维基复合滤膜研究进展  22-24
  1.3 课题意义和主要研究内容  24-26
    1.3.1 课题意义  24-25
    1.3.2 主要研究内容  25-26
第二章聚氯乙烯纳米纤维膜的制备与多巴胺改性  26-42
  2.1 引言  26-27
  2.2 实验  27-32
    2.2.1 实验材料和设备  27-28
    2.2.2 静电纺丝制备聚氯乙烯纳米纤维基膜  28
    2.2.3 聚氯乙烯纳米纤维基膜的多巴胺改性  28-30
    2.2.4 聚氯乙烯纳米纤维基膜的表征  30-32
  2.3 结果与讨论  32-41
    2.3.1 聚氯乙烯静电纺丝工艺的优化  32-34
    2.3.2 多巴胺溶液PH对聚氯乙烯纳米纤维基膜亲水性的影响  34-35
    2.3.3 多巴胺溶液浓度对聚氯乙烯纳米纤维基膜亲水性的影响  35-36
    2.3.4 改性时间对聚氯乙烯纳米纤维基膜亲水性的影响  36-37
    2.3.5 改性时间对聚氯乙烯纳米纤维基膜纯水通量的影响  37-38
    2.3.6 多巴胺改性聚氯乙烯纳米纤维基膜的化学结构和表面结构表征  38-41
  2.4 本章小结  41-42
第三章纳米纤维基聚酰胺复合反渗透膜的制备与表征  42-59
  3.1 引言  42-43
  3.2 实验  43-47
    3.2.1 实验材料和设备  43-44
    3.2.2 界面聚合法制备聚酰胺复合反渗透膜功能分离层  44-45
    3.2.3 纳米纤维基复合反渗透膜的表征  45-47
  3.3 结果与讨论  47-58
    3.3.1 成膜工艺对反渗透复合膜分离性能的影响  47-51
    3.3.2 操作条件对反渗透复合膜分离性能的影响  51-54
    3.3.3 纳米纤维基反渗透复合膜的结构表征  54-57
    3.3.4 纳米纤维基复合反渗透膜的力学性能研究  57-58
  3.4 本章小结  58-59
第四章结论  59-60
参考文献  60-67
硕士研究生期间发表论文情况  67-68
致谢  68

聚氯乙烯纳米纤维基聚酰胺复合反渗透膜的制备与性能调控

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