聚酰胺复合正渗透膜的制备及其性能研究

论文摘要

正渗透（FO）过程是近些年发展起来的新型膜过程,本文针对正渗透过程的特点制备了聚酰胺复合正渗透膜。通过相转化方法制备了多孔支撑底膜,研究了成膜影响因素及制备工艺条件;通过界面聚合方法制备了表面超薄分离层,研究了界面反应的各种条件对分离层结构和性能的影响;考察了正渗透过程中的测试条件对正渗透膜性能的影响;在实验室条件下对制备的复合正渗透膜进行了初步的应用研究,考察了膜的性能及其耐污染情况。通过改变底膜聚合物种类及其浓度、溶剂类型、添加剂浓度等因素制备了由不同铸膜液配方所形成的多孔支撑底膜,并研究了不同多孔支撑底膜所制备的复合正渗透膜的性能。结果表明,底膜聚合物的种类不同所得到的复合膜的膜孔结构和表面形貌也不同。对于相同聚合物随着其浓度的增大,复合膜的水通量呈现先增高后降低的趋势;随着铸膜液中添加剂浓度的增加,复合膜的水通量也呈现先增大后降低的趋势,而截留率差异不大,都在95%以上。因此得到了最佳的底膜成膜配方是:18%的聚砜+73.6%的N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）（溶剂）+8%聚乙二醇-400（PEG-400）（添加剂）+0.4%的H2O（非溶剂）。考察了底膜成膜过程中的成膜工艺条件对膜性能的影响,聚砜膜对环境湿度的影响较为敏感,随着环境湿度的改变得到的复合膜的性能有较大差异;挥发时间对形成的底膜表面孔有重要的影响;凝胶浴的温度对底膜的孔结构也有重要的影响,复合膜的水通量随着凝胶浴温度的升高先增大后降低,因此有最佳的成膜凝胶浴温度,最终得到了最佳的成膜工艺条件是:环境湿度为72%rh左右,室温25℃,挥发时间30s,凝胶浴温度40℃。考察了不同界面聚合条件对表面分离层的影响,包括水相和有机相的浓度及界面聚合反应时间等影响表面分离层的致密程度的因素,得到了最佳的表面分离层形成条件是:间苯二胺（MPD）浓度为2%,均苯三甲酰氯（TMC）浓度为0.1%（v/v）,界面反应60s。研究了正渗透过程中的操作条件如膜面流速、汲取液浓度、膜朝向等对所制备聚酰胺复合正渗透膜性能的影响。采用所制备的复合正渗透膜对各种浓度的苦咸水进行脱盐处理,结果表明其对高浓度的苦咸水和海水都有较好的脱盐效果但是水通量相对较低。将制备的聚酰胺复合正渗透膜在反渗透条件下测试得到的水通量和截留率均较高,分别达到了38.6L.m-2.h-1和98%以上,且其耐压密性能较好。所制备正渗透膜在耐污染方面也表现了很好的优势,在膜的分离层朝向原料液侧的耐污染实验中,膜的水通量几乎不发生衰减。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 正渗透过程
• 1.1.1 正渗透原理
• 1.1.2 正渗透膜性能影响因素—浓差极化现象
• 1.1.2.1 外浓差极化现象
• 1.1.2.2 内浓差极化现象
• 1.2 正渗透膜
• 1.3 汲取液的选择
• 1.4 正渗透操作条件对膜性能的影响
• 1.5 正渗透过程的应用
• 1.5.1 溶液浓缩处理
• 1.5.1.1 浓盐水的浓缩处理
• 1.5.1.2 食品浓缩处理
• 1.5.2 溶液脱盐处理
• 1.5.2.1 海水、苦咸水脱盐处理
• 1.5.2.2 日常淡水制备
• 1.5.2.3 海水软化处理
• 1.5.3 正渗透与其它膜过程联用进行水处理
• 1.5.4 正渗透过程用于发电
• 1.5.5 正渗透用于药物释放过程
• 1.6 本文选题依据和主要研究内容
• 2 聚酰胺复合正渗透膜制备与表征
• 2.1 多孔支撑层的制备
• 2.1.1 实验试剂和仪器
• 2.1.2 复合正渗透膜的制备
• 2.1.3 复合膜的表征
• 2.1.3.1 正渗透膜性能测试装置
• 2.1.3.2 正渗透膜表征方法
• 2.1.4 结果与讨论
• 2.1.4.1 不同聚合物和溶剂对膜性能的影响
• 2.1.4.2 聚合物浓度对膜性能的影响
• 2.1.4.3 添加剂浓度对膜性能的影响
• 2.1.4.4 挥发时间对膜性能的影响
• 2.1.4.5 环境湿度对膜性能的影响
• 2.1.4.6 水浴温度对膜性能的影响
• 2.2 表面分离层的制备
• 2.2.1 实验主要试剂和仪器
• 2.2.2 复合膜分离层的制备
• 2.2.3 界面聚合过程影响因素
• 2.2.4 膜性能表征方法
• 2.2.5 结果与讨论
• 2.2.5.1 TMC 浓度为0.196（m/v），MPD 浓度对膜性能的影响
• 2.2.5.2 TMC 浓度为0.1596（m/v），MPD 浓度对膜性能的影响
• 2.2.5.3 界面聚合时间对复合正渗透膜性能的影响
• 2.3 不同正渗透膜性能比较
• 2.3.1 复合FO 膜性能与商品三醋酸纤维素（CTA）膜性能比较
• 2.3.2 自制聚砜底膜与商品聚砜底膜制备复合FO 膜性能比较
• 2.4 本章小结
• 3 聚酰胺复合正渗透膜性能影响因素研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要实验试剂和仪器
• 3.1.2 实验装置及测试方法
• 3.1.3 测试所用复合正渗透膜的制备条件
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 膜朝向对正渗透膜性能的影响
• 3.2.2 膜面流速对正渗透膜性能的影响
• 3.2.3 汲取液浓度对正渗透膜性能的影响
• 3.3 本章小结
• 4 聚酰胺复合正渗透膜应用研究
• 4.1 聚酰胺复合正渗透膜脱盐研究
• 4.1.1 主要试剂和仪器
• 4.1.2 苦咸水和人工海水的配制方法
• 4.1.3 实验装置及测试方法
• 4.1.4 测试所用复合膜
• 4.1.5 结果与讨论
• 4.2 聚酰胺复合正渗透膜用于反渗透过程中
• 4.2.1 主要试剂和仪器
• 4.2.2 复合膜反渗透性能测试方法
• 4.2.3 测试所用复合膜
• 4.2.4 结果与讨论
• 4.2.4.1 反渗透条件下的水通量和截留率比较
• 4.2.4.2 聚酰胺复合正渗透膜耐压密性考察
• 4.3 本章小结
• 5 聚酰胺复合正渗透膜耐污染性能研究
• 5.1 聚酰胺复合正渗透膜在正渗透条件下的污染实验
• 5.1.1 实验试剂和仪器
• 5.1.2 实验装置及测试方法
• 5.1.3 测试所用复合膜
• 5.1.4 结果与讨论
• 5.2 聚酰胺复合正渗透膜在反渗透条件下的污染实验
• 5.2.1 实验主要试剂及仪器
• 5.2.2 实验测试方法
• 5.2.3 测试所用复合膜
• 5.2.4 结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 6 总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 硕士期间发表的论文