PVA基复合分离膜与吸附材料的制备与性能研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ludongyan900209
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制备具有节能环保特性的高效分离或吸附材料是目前水处理领域的研究重点之一。离心-静电纺丝是一种优良的纳米纤维制造技术,通过离心-静电纺丝可以得到由纳米纤维堆砌而成的高比表面积与高孔隙率的纳米纤维膜,经后处理可应用于高强度复合材料、电子器件制造、药物传递、食品包装、膜过滤和能源应用等领域。聚乙烯醇(PVA)作为一种水溶性多羟基环保型高分子聚合物,自身无毒无污染的同时,其溶剂为水,且具有优异的成膜性能,粘结性和纺丝性能,非常适合用于离心-静电纺丝纤维材料的制备。因而,本论文采用离心静电纺丝法制备PVA基复合分离膜与吸附材料,主要研究内容和结果如下:(1)以PVA水溶液为纺丝液,通过离心-静电纺丝工艺,制备以PVA纳米纤维为功能分离层和无纺布作为支撑层的多孔纤维膜,研究纺丝液浓度、针头规格、转速对纤维形貌、纤维直径分布的影响。实验结果表明,采用10 wt.%PVA水溶液作为纺丝液,在电压10 k V、针头与收集器间距10 cm时、针头规格G28,转速2700 rpm条件下,得到的PVA纳米纤维膜纤维形貌最佳,平均直径0.69μm,标准偏差为0.15;经戊二醛交联可提高纳米纤维膜耐水性能,得到PVA纳米纤维膜平均孔径6.8μm,20 KPa进水压力条件下,纯水通量达25790L·m-2·h-1。(2)以PVA纳米纤维膜为基膜,PVA水溶液为涂覆液,GA溶液为交联溶液,采用涂覆-交联工艺,制备不同孔径的PVA基复合分离膜,研究PVA涂覆液浓度及涂覆次数对PVA基复合分离膜孔径的影响规律。实验结果表明,采用浓度为3.0、6.0和9.0 wt.%的PVA水溶液对PVA纳米纤维膜涂覆交联处理1次,得到的多孔复合膜的平均孔径分别为1.6μm、0.82μm和0.31μm;采用3 wt.%的PVA水溶液对PVA纳米纤维膜涂覆交联处理2和3次,得到的多孔复合膜的平均孔径分别为0.113μm和0.078μm。平均孔径为0.113μm的PVA基多孔复合膜在0.1 MPa压力下,纯水通量达5080 L·m-2·h-1,优于大部分文献报道的相同孔径的微滤膜。(3)以PVA纳米纤维膜为基材,含PVA、海藻酸钠(SA)和皂土的水溶液为功能涂覆材料,采用涂覆-交联工艺,制备PVA基复合多孔吸附材料,通过静态吸附实验,研究不同条件下PVA基复合吸附材料的吸附容量与亚甲基蓝(MB)去除率,结合动力学与吸附等温模型拟合,探讨PVA基复合吸附材料的吸附机理。研究结果表明,以3 wt.%PVA、1 wt.%SA和6 wt.%皂土混合溶液为涂覆液,经0.02 M的Ca Cl2水溶液预处理后,涂敷时间为5 min,使用高浓度Ca Cl2水溶液与GA溶液对吸附材料进行交联处理,制备PVA基三元复合吸附材料,在298k、p H=6、初始MB浓度为300 mg/L条件下,对MB最大吸附容量达到156.2 mg·g-1,且五次循环吸脱附后,吸附容量仍高达76.6 mg·g-1,具有较稳定的循环吸附性能;初始MB浓度为120 mg/L时,MB去除率达到87.4%,而相同条件下对阴离子染料刚果红去除率仅为1.5%,体现了较好的选择性吸附能力。
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