用于染料废水脱盐的高通量、耐污染疏松纳滤复合膜的制备

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目前,我国每年生产大约7×105吨染料,种类繁多,并在纺织,塑料,橡胶和皮革工业得到了广泛的应用。然而,在染料的合成过程当中,由于无机盐的存在,染料的稳定性及纯度会受到很严重的影响,除此之外,氯化钠,硫酸钠等无机盐常用来提高上染率。纺织品染色过程中产生的高盐废水不仅严重危害水体环境及人类健康,而且浪费了大量的资源。因此,对染料废水的脱盐处理及回用迫在眉睫。膜分离技术在染料废水处理方面具有很好的发展前景,然而传统纳滤膜对于二价盐的截留率过高,难以有效实现染料中电解质的脱除。针对上述问题,本文通过制备疏松型纳滤膜实现活性染料与电解质的有效分离,主要研究内容如下:(1)使用天然多酚类物质没食子酸对聚乙烯亚胺(PEI)进行改性,并将改性PEI通过静电吸引沉积在带负电荷的水解PAN超滤膜表面制备新型疏松纳滤膜。另外,通过红外光谱(FTIR)、核磁共振(1H NMR)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等诸多手段对复合膜的表面化学组成以及微观结构进行了深入的表征。在优化条件下制备的复合膜对甲基蓝与刚果红的截留率分别达到了97.3%和97.1%,但对NaCl的截留率仅5%。同时,该膜具有较大的渗透通量(51 L/(m2·h)压力为0.2 MPa)和较好的抗污染性能(通量恢复率91.7%),并且在30h的长期运行中保持较好的稳定性。(2)通过迈克尔加成反应将焦性没食子酸(PG)与ε-聚赖氨酸(ε-PL)共沉积在PAN超滤基膜表面,并对改性膜表面进行聚乙二醇化后制备得到具有抗微生物污染的复合疏松纳滤膜。当PG/ε-PL的质量比为1:1,4-arm-PEG的浓度0.4g/L时,制备的疏松纳滤膜的分离性能最佳,其通量为76.3L m-2 h-1 MPa-1,对甲基蓝,酸性品红,结晶紫以及亚甲基蓝的截留率分别为98.9±0.2%,97.5±0.1%,81.1±0.5%和69.5±0.5%,对NaCl的截留率仅17%。并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌展现出了较好的抗菌性能。(3)通过对基膜进行改性并在膜表面引入Co2+,低温(50℃)原位生长Co/Ni水滑石。在膜表面构建更多的二维传质通道,达到了提升膜的分离性能的目的。并通过SEM、XRD、XPS等手段对疏松纳滤膜进行了表征。优化条件下制备的复合膜对甲基蓝与酸性品红的截留率分别达到了97.9%和97.5%,但对NaCl的截留率低于3%。同时,该膜具有较大的渗透通量为198.6 L m-2 h-1 MPa-1和较好的抗污染性能(通量恢复率91.7%),并且在30h的长期运行中保持了较好的稳定性。(4)通过调控氧化石墨烯层间的静电排斥作用和π-π堆叠作用来调控层间距,实现了精确离子筛分。并通过SEM、XRD、XPS等诸多手段对氧化石墨烯薄膜进行了表征。除此之外,还对氧化石墨烯层间传质机理进行了模拟分析。
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