论文部分内容阅读
亲水性高分子膜在渗透汽化脱水过程中易溶胀,导致选择性和机械强度下降。化学交联、高分子共混、无机物填充等方式可有效控制其溶胀,但是通常存在“trade-off”效应。为此,论文从膜材料设计和微观结构调控出发,拟制备兼具通量大、选择性好的自具微孔高分子(PIM-1 based)渗透汽化脱水膜,具体研究内容和结构如下:首先,合成了平均分子量约78.4 kDa的PIM-1,并制备了 PIM-1/GO混合基质膜,研究了 GO纳米片填充对PIM-1膜的物化性能和微观结构的影响。结果表明:GO纳米片填充提高了 PIM-1膜的亲水性,增强了水与PIM-1膜的相互作用力,从而提高了 PIM-1膜的选择性。但是,受GO纳米片的片层结构的影响,混合基质膜的渗透通量稍低于纯PIM-1膜。30℃下分离90 wt%乙醇水溶液时,填充量1.0 wt%的PIM-1/GO混合基质膜的分离因子、渗透通量分别为18、169.2 kgμm m-2 h-1。其次,设计并合成了聚砜(PSF)链段与PIM-1链段的聚合度比为1:1、平均分子量约22.7 kDa的PIM-PSF共聚物,优化了合成条件;制备了 PIM-PSF渗透汽化脱水膜,考察了料液种类、料液组成、料液温度对膜分离性能的影响,探究了结构与性能之间的本质关系。结果表明:PSF链段可有效调控高分子链的堆积,改变膜内微孔的大小并形成部分规整的网状结构,从而阻碍较大渗透分子在膜内的扩散,提高水的选择性;同时水分子与疏水性共聚物膜的相互作用弱、可经膜内的微孔快速扩散,具有较高的渗透性。30℃下分离乙醇水共沸物时,PIM-PSF共聚物膜的分离因子为732、渗透通量高达74.6 kg μm m-2 h-1。论文制备的PIM-1/GO混合基质膜和PIM-PSF共聚物膜具有良好的渗透汽化脱水性能,在工业中有潜在的应用前景:获得的疏水渗透汽化膜的有机溶剂脱水及性能调控方法可用于指导高性能渗透汽化膜的开发。