【摘 要】
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近年来,工业和日常生活中不断排放地大量含油废水造成了重大的经济损失,严重威胁了生态环境和人类健康。因此,寻找有效、经济、环保的含油废水处理技术对保护生态环境和人类健康具有重要意义。为了解决这一问题,设计制造高效分离膜材料是油水分离的有效途径,然而,大部分膜材料存在抗污染性差和功能单一等缺点限制了膜技术在含油污水中的应用。所以开发具有抗污染和低能耗的油水分离膜材料显得尤为重要。聚酰胺-胺作为树枝形聚
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近年来,工业和日常生活中不断排放地大量含油废水造成了重大的经济损失,严重威胁了生态环境和人类健康。因此,寻找有效、经济、环保的含油废水处理技术对保护生态环境和人类健康具有重要意义。为了解决这一问题,设计制造高效分离膜材料是油水分离的有效途径,然而,大部分膜材料存在抗污染性差和功能单一等缺点限制了膜技术在含油污水中的应用。所以开发具有抗污染和低能耗的油水分离膜材料显得尤为重要。聚酰胺-胺作为树枝形聚合物,其分子结构高度支化且内部存在空腔,表面丰富的水溶性氨基官能团通过氢键作用可以溶解或者吸附油水乳液界面的活性物质实现破乳,因此将PAMAM破乳技术与膜分离技术相结合,从而实现高效的油水分离。本论文将不同的功能化聚酰胺-胺通过多种方式与PVDF膜结合,制备了高性能的油水分离膜材料。研究了PAMAM对PVDF膜的微观形貌、化学结构和润湿性的影响,同时对膜的油水分离性能和催化降解性能及其机理进行了深入的探讨。具体研究内容如下:1、聚酰胺-胺/PVDF凝胶膜的制备及其油/水乳液分离性能的研究为了获得高效油水分离的润湿性膜材料。首先通过发散法合成了树枝状聚酰胺-胺(PAMAM),然后将其部分端氨基与烯丙基缩水甘油醚(AGE)反应,得到含有端烯基的PAMAM,再通过巯基-烯点击化学方法在含双键的PVDF膜表面形成一层PAMAM凝胶,制备了PAMAM-AGE/PVDF凝胶膜。研究了不同代数的PAMAM对凝胶膜润湿性、抗污性和稳定性的影响,通过油水分离实验研究了凝胶膜的渗透性和分离性能。结果表明凝胶膜具有超亲水/水下超疏油性能和优异的抗油黏附性。该凝胶膜的水通量最高可达12300 L·m-2·h-1·bar-1,通量恢复率高于98%,对不同种类的油水乳液也表现出较高的分离效率(>98.5%),与此同时,该凝胶膜还具有优异的环境耐久性和循环利用性,即使在恶劣的化学环境下,也能对含油废水进行持久充分的分离。2、卟啉为核含硅聚酰胺-胺/PVDF复合膜的制备及其油/水分离和催化降解性能的研究为了能够同时处理废水中的油水乳液和有机染料,在具有油水分离性能的同时赋予膜对有机染料的光催化降解能力,将具有光催化性能的卟啉为核含硅聚酰胺-胺(PP-Si-PAMAM)通过非溶剂诱导相转化法引入到PVDF基底中,制备了PP-Si-PAMAM/PVDF双功能复合膜。研究了不同量的PP-Si-PAMAM掺杂对PVDF膜表面形貌结构和润湿性的影响,并通过油水分离实验和光催化降解实验探究了PP-Si-PAMAM/PVDF膜的油水分离和对有机染料的降解性能。实验结果表明,复合膜对不同种类的油水乳液具有优异的分离效率(>99.1%),并且在经过10个分离循环后依然保持优异的分离效率和渗透性。与此同时,在光照条件下,该复合膜对罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)的降解效率在100分钟内分别达到88%和90%,表现出高效的光催化活性,这种复合膜的开发有助于高效地处理成分复杂的含油废水,具有广阔的应用前景。3、卟啉@超支化聚酰胺-胺@植酸/PVDF膜的制备及其油/水分离和催化降解性能的研究为了提高双功能膜的光催化降解效率,将卟啉(TCPP)、超支化聚酰胺-胺(HPAMAM)和植酸(PA)形成的聚电解质复合物通过表面自组装方法沉积在PVDF膜表面,得到卟啉@超支化聚酰胺-胺@植酸/PVDF膜(TCPP@HPAMAM@PA/PVDF)。研究了不同量的HPAMAM对复合膜形貌和润湿性的影响。结果表明,该复合膜表现出超亲水/水下超疏油性和优异的抗污性能。在油水分离过程中不仅具有良好的渗透通量和优异的分离效率(>99.3%),而且具有良好的可循环利用性。除此之外,由于卟啉沉积在膜表面,复合膜的光催化性能也得到了进一步的提升,在100分钟内,TCPP@HPAMAM@PA/PVDF膜对染料RhB和MB的降解率分别可达93%和96%,充分发挥了卟啉功能材料的光催化特性,这种功能膜制备方法简单、功能多样,可为大规模的废水处理提供借鉴与指导,具有一定的生产应用前景。
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