Noria复合纳滤膜的制备及性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:caocao0121
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随着世界经济的疾速发展,人们对水资源的需求量日益增加,淡水资源匮乏是全球面临的亟需解决的重大问题之一。以纳滤为主导的膜分离技术由于其操作压力低,通量高等优点被广泛应用于海水淡化,生活日常废水的净化,医药生产流程以及工业废水处理等过程。为了满足现代经济体系对节能降耗日益增长的需求,能源节约型的高通量膜材料的开发和利用成为人们关注的热点问题。然而,在经典的界面聚合制膜过程中,对水通量(即渗透性)和盐截留率之间存在的制约和平衡(trade-off)无法突破,造成通量较低。本论文从筛选利用新单体和解决“trade-off”问题的角度出发,分别从两方面对高性能聚芳酯-聚酰胺复合膜进行了深入研究。一方面通过掺杂多孔有机笼分子Noria制备了高通量聚酰胺复合纳滤膜,解决水膜的“trade-off”现象;另一方面将多孔有机笼分子Noria直接作为单体,制备了高通量耐溶剂复合纳滤膜,解决有机溶剂膜的“trade-off”现象,大大降低了生产能耗。在高通量纳滤膜的制备中,首先合成了新单体Noria,使用掺杂技术,将合成的新单体Noria分别掺杂到PIP(哌嗪)-TMC(1,3,5-均苯三甲酰氯)和PEI(聚乙烯亚胺)-TMC体系中,在聚砜底膜上通过传统界面聚合制备了高通量聚酰胺纳滤膜。在分离渗透性能中,制备的膜在保持优良截留率和一二价离子选择性的情况下,通量大幅增加。在1.0 MPa的操作压力下,制备的PIP-Noria-TMC膜对2 g·L-1的Na2SO4、Mg SO4、Ca Cl2、Na Cl的通量分别为148.0 L·m-2·h-1·MPa-1、142.0 L·m-2·h-1·MPa-1、143.2 L·m-2·h-1·MPa-1、161.5 L·m-2·h-1·MPa-1,是IP膜通量的两倍左右,截留分别为98.3%、91.2%、79.6%、19.5%。制备的PEI-Noria-TMC膜对Mg Cl2、Ca Cl2、Mg SO4、Na2SO4、Na Cl的通量分别为138.0 L·m-2·h-1·MPa-1、139.5 L·m-2·h-1·MPa-1、142.0 L·m-2·h-1·MPa-1、145.0 L·m-2·h-1·MPa-1、152.0 L·m-2·h-1·MPa-1,是PEI-TMC膜通量的4倍左右,截留分别为98.3%、96.2%、94.3%、71.1%、68.2%。这一结果成功解决了纳滤膜研究过程中通量和截留间的“trade-off”难题,有效的降低了操作能耗。关于高性能聚酯复合纳滤膜的探究,本论文从制备新型制膜单体角度出发,利用合成的有机笼分子Noria作为新型制膜单体,在PAN底膜上采用传统界面聚合的方法制备了新一代耐溶剂聚酯复合纳滤膜。实验结果表明,在0.4 MPa的操作压力下,该纳滤膜对孟加拉玫瑰红甲醇溶液的通量为127.8 L·m-2·h-1·MPa-1,对不同染料甲醇溶液的截留分别为R(Acid Red)=95.9%,R(Brilliant Blue G)=92.3%,R(Dadan Yellow)=88.3%,R(primrose)=83.0%,R(methylene blue)=80.0%,R(methyl orange)=78.8%。截留分子量在750 g·mol-1左右,表现出优异的耐溶剂性能。在1.0 MPa压力下,对2 g/L各种盐溶液的截留分别为R(Na2SO4)=95.2%,R(Mg SO4)=69.8%,R(Na Cl)=52.6%,R(Mg Cl2)=19.5%,纯水通量为65.0 L·m-2·h-1·MPa-1,表现出优异的分离性能。
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