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纳米银颗粒修饰聚醚砜超滤膜的制备与性能研究

作　者: 王玥
导　师: 史宝利
学　校: 东北林业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚醚砜超滤膜纳米银原位还原抗污染抗菌中空纤维
分类号: TQ051.893
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高分子膜在使用过程中,由于污水中存在的大量胶体、蛋白质和微生物会污染膜,导致膜的水通量降低和分离性能下降,进而使得膜的总体使用价格升高。在传统的水净化过程中,通常采用臭氧和次氯酸钠等物质为消毒剂,而这些消毒剂残留在水中会造成对水体的二次污染。银作为传统的抗菌材料,对液体中的微生物具有很强的杀菌和抑菌作用。本论文采用原位还原法,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,乙二醇为还原剂,在聚醚砜溶液中原位将硝酸银还原成银颗粒；同时采用浸没-沉淀相转化法,成功制备了纳米银颗粒修饰的聚醚砜平板和中空纤维两种类型的超滤膜。超滤实验结果表明,纳米银颗粒修饰后的聚醚砜平板膜和中空纤维膜的水通量和对牛血清蛋白质溶液的截留率均大于未修饰的聚醚砜膜。修饰后的聚醚砜膜抗牛血清蛋白质污染能力比未修饰的膜要强。并且修饰后的聚醚砜膜对大肠杆菌繁殖有明显的抑制作用,能够提高膜的抗生物污染能力。论文研究了凝固浴温度对平板膜的结构和性能及纳米银颗粒稳定性的影响。研究发现,随着凝固浴温度的升高,纳米银颗粒修饰后的聚醚砜膜结构中的海绵层厚度逐渐减小,指状孔结构逐渐变大。由于水通量和截留率均与膜结构有关,所以随着凝固浴温度的升高,聚醚砜和纳米银颗粒修饰的聚醚砜膜的水通量均升高但截留率下降。纳米银颗粒修饰的聚醚砜平板膜的断裂强度比未修饰的聚醚砜膜高。随着凝固浴温度的升高,膜的断裂强度下降。银流失率实验结果表明,在凝固浴温度为40℃下制备的纳米银颗粒修饰聚醚砜膜的流失率最小为18.5%；此时膜的水通量为393L·m-2·h-1,截留率为95.2%。论文还研究了PVP含量对纳米银颗粒修饰聚醚砜中空纤维膜的结构和性能及纳米银颗粒稳定性的影响。研究发现,随着PVP含量的增加,聚醚砜和纳米银颗粒修饰聚醚砜中空纤维膜的结构由典型非对称结构,即内层为指状孔、外层为海绵层的结构转变为双排指状孔对称结构。随着PVP含量的升高,中空纤维膜的水通量升高,但对牛血清蛋白质的截留率下降。当PVP含量为7.5%时,银颗粒修饰的聚醚砜中空纤维膜的抗污染能力达到最强,膜的综合性能达到最佳。此时膜中银颗粒的含量为加入量的98.7%,膜的初始水通量为183L·m-2·h-1,截留率为94.5%,断裂强度为2.87MPa。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-24
  1.1 膜分离技术  10
    1.1.1 背景介绍  10
    1.1.2 技术特点  10
  1.2 膜与膜过程  10-12
    1.2.1 膜分离的种类  10-11
    1.2.2 膜过程分类  11-12
  1.3 膜制备方法  12-13
    1.3.1 烧结法  12-13
    1.3.2 拉伸法  13
    1.3.3 径迹蚀刻法  13
    1.3.4 相转化法  13
  1.4 超滤技术  13-14
  1.5 浸没-沉淀相转化法  14-19
    1.5.1 热力学描述  14-15
    1.5.2 动力学描述  15
    1.5.3 浸没-沉淀相转化法的分相机理  15-16
    1.5.4 制备工艺  16-17
    1.5.5 铸膜液溶剂的影响  17
    1.5.6 成膜聚合物浓度的影响  17
    1.5.7 添加剂的影响  17-18
    1.5.8 凝固浴的影响  18-19
  1.6 超滤膜污染  19-20
  1.7 纳米银颗粒  20-21
    1.7.1 性质  20
    1.7.2 纳米银颗粒制备方法  20-21
  1.8 纳米银颗粒修饰超滤膜的制备方法  21-22
    1.8.1 直接分散法  21
    1.8.2 原位合成法  21-22
  1.9 课题的提出  22-24
2 纳米银颗粒修饰聚醚砜平板膜的制备与性能研究  24-40
  2.1 本章研究内容  24
  2.2 实验部分  24-30
    2.2.1 实验试剂  24
    2.2.2 实验仪器  24-25
    2.2.3 超滤膜铸膜液的配制  25-26
    2.2.4 平板超滤膜的制备  26
    2.2.5 膜结构的表征  26
    2.2.6 孔隙率  26
    2.2.7 膜超滤性能测试  26-28
    2.2.8 纳米银颗粒流失率的测定  28
    2.2.9 接触角测定  28
    2.2.10 断裂强度测试  28
    2.2.11 抗菌性能的测试  28-29
    2.2.12 洗涤污水过滤分离测试  29-30
  2.3 结果与讨论  30-39
    2.3.1 超滤膜的形态表征  30-32
    2.3.2 膜孔隙率  32-33
    2.3.3 纳米银流失率  33-34
    2.3.4 膜分离性能的测试结果  34-36
    2.3.5 膜抗污染能力  36-37
    2.3.6 断裂强度  37-38
    2.3.7 膜的抗菌性  38
    2.3.8 洗涤废水实验结果  38-39
  2.4 本章小结  39-40
3 纳米银颗粒修饰聚醚砜中空纤维膜的制备与性能研究  40-54
  3.1 本章研究内容  40
  3.2 实验部分  40-45
    3.2.1 实验试剂  40
    3.2.2 实验仪器  40
    3.2.3 中空纤维铸膜液配制  40-41
    3.2.4 中空纤维膜的制备  41-42
    3.2.5 中空纤维膜的内外径  42
    3.2.6 中空纤维膜孔隙率  42
    3.2.7 中空纤维膜形态测试  42-43
    3.2.8 PES-Ag中空纤维膜银含量的测定  43
    3.2.9 中空纤维膜分离性能测试  43-44
    3.2.10 中空纤维膜接触角  44-45
    3.2.11 中空纤维膜力学性能  45
  3.3 结果与讨论  45-53
    3.3.1 中空纤维内外径  45
    3.3.2 中空纤维膜孔隙率  45-46
    3.3.3 中空纤维膜形态  46-48
    3.3.4 PES-Ag中空纤维膜银含量  48-49
    3.3.5 中空纤维膜分离性能  49-51
    3.3.6 中空纤维膜抗污染性  51-52
    3.3.7 中空纤维膜接触角  52
    3.3.8 中空纤维膜力学性能  52-53
  3.4 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-62
攻读学位期间发表的学术论文  62-63
致谢  63-64

纳米银颗粒修饰聚醚砜超滤膜的制备与性能研究

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