论文部分内容阅读
聚氯乙烯(PVC)是一类卤代烯烃聚合物,具有良好的化学稳定性和机械性能,进一步氯化改性得到了氯化聚氯乙烯(CPVC)。CPVC具有不规则的分子链排布,极性较大,成膜性好。但是CPVC作为膜材料,低温时机械强度较低、韧性差,膜表面亲水基团较少。而聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)的分子侧链具有亲水基团,且作为膜材料,有较好的抗冲击强度。因此将CPVC与PVB共混制成具有较好机械强度的膜。纳滤膜能够截留住分子量为0.5 nm~5 nm的有机分子及多价离子。以下两个方面是纳滤的主要特点:(1)尺寸筛分效应,截留原液中的有机分子,其分子量为几百;(2)受Donnan效应的影响,纳滤膜与不同价态的离子之间存在静电排斥效应。本论文以CPVC/PVB共混膜作为基膜,利用添加剂聚乙烯醇(PEG)、1,2-丙二醇(PG)进行亲水改性,再以改性后的CPVC/PVB共混膜作为支撑层,使用间苯二胺(MPD)、均苯三甲酰氯(TMC)以及反应助剂N-乙基胺哌嗪丙基磺酸盐(AEPPS)发生界面聚合,构筑结构较为致密的聚酰胺层,形成荷正电的功能薄层,以提高纳滤(NF)膜的离子分离效率。具体的实验步骤和结果如下:(1)先配置不同配比的添加剂(PEG、1,2-PG),通过调节添加剂体系,增强CPVC/PVB共混膜的分离性能,制得了一系列亲水改性的共混膜,并研究了单一添加剂与复合添加剂等参数对共混膜结构与性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、双光束紫外可见分光光度计以及接触角测量仪等测试分析显示,CPVC/PVB共混膜表面亲水基团明显增加,膜孔孔径大小以及数量分布更加均匀,膜的水通量增加到了957.3 L/(m~2·h),亲水性能明显提高,膜的表面水接触角由77°降为33°,复合添加剂相对于单一添加剂具有更好的孔通道结构,使得膜的截留性能更佳,BSA截留率升至88.3%。通过实验数据得到最佳的制备条件,即使用复合添加剂,添加剂PEG与1,2-丙二醇的比例为7:3。(2)以上述最佳制备条件下的CPVC/PVB亲水改性膜作为构筑功能层的支撑层,使用间苯二胺(MPD)作为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)作为油相单体以及N-乙基胺哌嗪丙基磺酸盐(AEPPS)作为反应助剂在支撑层表面发生界面聚合反应,形成结构致密的功能薄层,从而制得CPVC/PVB荷正电纳滤膜。探究水相单体MPD浓度、油相单体TMC浓度和反应助剂AEPPS浓度等参数对纳滤膜的微观结构和过滤分离性能的影响,通过红外光谱(IRS)、EDS能谱、扫描电子显微镜(SEM)等测试分析,结果显示:MPD与TMC在CPVC/PVB亲水改性膜表面发生了界面聚合反应,并且生成了一层荷正电结构致密的聚酰胺分离层。通过Zeta电位测试纳滤膜的荷电性,结果表明:最佳实验参数条件下制成的纳滤膜,在p H=7时展现出了明显的荷正电性,其等电点为p H=7.8;利用自制的过滤检测装置测试纳滤膜的过滤分离性能,结果表明:随着水相单体MPD浓度的增加,纳滤膜对于Mg2+的截留率逐渐增加,水通量却逐渐降低;随着油相单体TMC的浓度增加,纳滤膜对Mg2+的截留率也呈现出上升的趋势,而水通量也呈现下降趋势;随着反应助剂AEPPS的增加,纳滤膜对盐离子的截留率具有先增大后减小的规律,而水通量则是先减小后增大。最终分析得出纳滤膜的最佳制备参数为:水相单体MPD浓度为0.6 wt.%,TMC油相单体浓度为0.5 wt.%,反应助剂AEPPS浓度为0.6 wt.%;复合纳滤膜在此条件下的无机盐截留率最好,纳滤膜对各类盐的截留率大小顺序为:Mg SO4(93.1%)>Mg Cl2(88.2%)>Na2SO4(80.3%)>Na Cl(37.2%)。该荷正电复合纳滤膜对二价阳离子Mg2+具有良好的截留效果,因此在水质软化、海水淡化、工业废水等领域具有良好的进一步开发与应用前景。