杂萘联苯聚醚酰胺超滤膜及其复合膜的研究

论文摘要

含二氮杂萘酮结构聚醚酰胺（PPEA）的玻璃化转变温度达329℃，耐高温可溶解、具有良好的化学稳定性、机械强度、较好的亲水性和成膜性，是制备高通量耐高温分离膜的优良膜材料。 以PPEA为膜材料，通过PPEA与溶剂的溶解度参数差和膜分离性能的研究确定DMAc为制膜溶剂，利用PPEA／DMAc／非溶剂的三元相图研究了九种非溶剂对PPEA／DMAc溶液的相容性和沉淀能力，选择乙二醇甲醚、乙二醇、乙醚、一缩二乙二醇和聚乙二醇（PEG）400为制膜添加剂，水为凝胶剂。详细考察了聚合物浓度、添加剂种类和用量、停留蒸发时间、凝胶浴温度等因素对PPEA超滤膜结构和性能的影响。通过铸膜液组成和制膜工艺的调节，制得不同分离性能的超滤膜。在25℃，0.1MPa的压力下，膜的纯水通量介于43L·m-2·h-1～695L·m-2·h-1之间，截留分子量（PEG）介于2000-20000。在小型连续刮膜机上进行了放大实验，制备了以无纺布为支撑的PPEA超滤膜。利用所制备的超滤膜在0.3MPa、80℃下，通过恒容脱盐高效地完成了对四种高分子染料的精制。经过三个循环约150分钟的脱盐实验即可除净染料中的盐，经过6个小时的高温染料脱盐浓缩实验，膜性能无明显变化。 在PPEA超滤膜支撑层上，通过间苯二胺（MPD）／哌嗪（PIP）水溶液与均苯三甲酰氯（TMC）的界面聚合反应制备复合膜。研究了界面聚合中水相单体组成对复合膜功能层大分子的化学结构、聚集态结构、膜表面形貌以及膜分离性能的影响。MPD与TMC反应生成的功能层聚酰胺具有部分结晶性，而水相单体中PIP比例超过50％后，生成的聚酰胺则为完全无定形聚合物。随着水相单体中MPD比例增加，复合膜表面粗糙度提高，膜对NaCl的截留率增加而通量降低。 以PPEA超滤膜为支撑，通过MPD与TMC的界面聚合反应制备了全芳聚酰胺复合反渗透膜。研究了基膜分离性能对复合膜性能的影响，选择对PEG10000的截留率为95％，0.1MPa下纯水通量为436L·m-2·h-1的超滤膜为复合膜基膜。通过界面聚合反应条件的优化，制备了分离性能良好的复合膜。该膜在1.6MPa，25℃下对NaCl的截留率约为99.2％，渗透通量约22.9L·m-2·h-1。在20℃时，操作压力从0.8MPa提高到2.0MPa，膜对NaCl的截留率由98.3％提高到99.2％，膜的渗透通量则由6.3L·m-2·h-1、提高到26.5L·m-2·h-1。在1.6MPa的压力下，操作温度从25℃提高到95℃，膜的渗透通量由22.9L·m-2·h-1提高到76.0L·m-2·h-1，膜对NaCl的截留率无明显变化。复合反渗透膜对NaCl的截留率和通量都随盐溶液的浓度增加而降低。复合反渗透膜对无机离子的截留率则遵循以下规律：Li+≈Na+≈K+＞Ca2+＞Mg2+＞Al3+，SO42-＞Cl-。对低分子有机物的截留率则随

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 膜分离技术概述
• 1.1.1 膜及膜分离技术简介
• 1.1.2 膜定义和分类
• 1.1.3 主要膜分离过程
• 1.2 反渗透和纳滤
• 1.2.1 反渗透和纳滤的定义及分离特性
• 1.2.2 反渗透和纳滤分离机理
• 1.2.3 反渗透及纳滤膜的形态与制备法
• 1.2.4 一体化反渗透和纳滤膜材料与研究进展
• 1.2.5 复合反渗透及纳滤膜的制备及研究进展
• 1.2.6 反渗透、纳滤膜的应用领域和发展方向
• 1.3 论文选题的目的、意义及主要内容
• 1.3.1 论文选题的目的、意义
• 1.3.2 论文的主要内容
• 参考文献
• 2 新型聚醚酰胺超滤膜的研究
• 2.1 实验
• 2.1.1 实验材料和设备
• 2.1.2 三元相图测定
• 2.1.3 溶解度参数计算
• 2.1.4 均质膜的制备
• 2.1.5 接触角测试
• 2.1.6 超滤膜的制备
• 2.1.7 膜性能评价
• 2.1.8 膜形态结构检测
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 膜材料PPEA的基本性能
• 2.2.2 铸膜液溶剂的选择
• 2.2.3 聚合物浓度对超滤膜性能的影响
• 2.2.3 非溶剂添加剂对PPEA／DMAc／非溶剂体系相分离的影响
• 2.2.4 非溶剂添加剂对超滤膜结构与性能影响的比较
• 2.2.5 非溶剂添加剂用量对超滤膜结构与性能的影响
• 2.2.6 停留蒸发时间对超滤膜性能的影响
• 2.2.7 凝胶浴温度对超滤膜性能的影响
• 2.2.8 PPEA超滤膜的分离性能比较
• 2.2.9 以无纺布为支撑的PPEA超滤膜的中试及膜性能
• 2.2.10 PPEA超滤膜对高分子硫化染料的脱盐实验
• 2.3 结论
• 参考文献
• 3 界面聚合水相单体组成对复合膜结构、形貌和性能的影响
• 3.1 实验
• 3.1.1 实验材料和设备
• 3.1.2 复合膜的制备
• 3.1.3 复合膜功能层聚合物的红外光谱分析
• 3.1.4 膜表层聚合物的WAXD分析
• 3.1.5 膜形态结构检测
• 3.1.6 膜性能评价
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 复合膜表层的化学结构
• 3.2.2 复合膜表层聚酰胺的X射线衍射
• 3.2.3 复合膜表面形貌
• 3.2.4 复合膜的分离性能及水相中PIP／MPD比例对膜性能的影响
• 3.3 结论
• 参考文献
• 4 耐高温聚酰胺复合反渗透膜的研究
• 4.1 实验
• 4.1.1 实验材料和设备
• 4.1.2 复合膜的制备
• 4.1.3 膜性能评价
• 4.1.4 膜形态结构检测
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 超滤基膜对复合膜性能的影响
• 4.2.2 界面聚合的影响因素及反应条件优化
• 4.2.3 复合膜表面形貌
• 4.2.4 操作压力、温度对复合膜性能的影响
• 4.2.5 盐溶液浓缩及膜的热稳定性
• 4.2.6 复合膜对不同无机盐的分离性能
• 4.2.7 复合膜对低分子有机物的分离性能
• 4.2.8 复合膜高温有机废水处理实验
• 4.3 结论
• 参考文献
• 5 复合反渗透膜分离性能的模拟
• 5.1 实验
• 5.1.1 实验材料和设备
• 5.1.2 膜性能评价
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 复合膜特征参数的计算、不同压力下膜的分离性能
• 5.2.2 复合膜分离性能与操作温度的关系
• 5.2.3 复合膜分离性能与盐溶液浓度的关系
• 5.3 结论
• 参考文献
• 6 聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的研究
• 6.1 实验
• 6.1.1 实验材料和设备
• 6.1.2 复合膜的制备
• 6.1.3 膜性能评价
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 水相中MPD／PIP比例及操作条件对膜性能的影响
• 6.2.3 复合膜对染料的分离性能比较
• 6.2.4 复合膜染料脱盐实验
• 6.3 结论
• 参考文献
• 结论
• 攻读博士学位期间发表学术论文及获奖情况
• 论文创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书