【摘 要】
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纳滤分离尺寸介于超滤和反渗透之间,是近年来的研究热点。本论文旨在通过表面改性技术构筑高性能复合纳滤膜。目前,常见的纳滤膜荷负电性较强,对多价阳离子截留率较低,因此制备高通量荷正电纳滤成为重要的研究方向。除聚合物纳滤膜,MOF杂化纳滤膜及MOF复合纳滤膜也是制备高性能纳滤膜的重要研究方向。本文通过PEI-Noria共沉积表面改性技术对基膜孔结构和化学性质进行调控,并在改性后的基膜表面制备了稳定的MO
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纳滤分离尺寸介于超滤和反渗透之间,是近年来的研究热点。本论文旨在通过表面改性技术构筑高性能复合纳滤膜。目前,常见的纳滤膜荷负电性较强,对多价阳离子截留率较低,因此制备高通量荷正电纳滤成为重要的研究方向。除聚合物纳滤膜,MOF杂化纳滤膜及MOF复合纳滤膜也是制备高性能纳滤膜的重要研究方向。本文通过PEI-Noria共沉积表面改性技术对基膜孔结构和化学性质进行调控,并在改性后的基膜表面制备了稳定的MOFs复合纳滤膜和高通量荷正电聚乙烯亚胺纳滤膜,并且研究了表面改性技术对胺单体扩散的影响。由于MOFs材料与聚合物基底相容性差难以成膜,本文通过PEI-Noria共沉积在基膜表面引入-NH2官能团为ZIF-8的异相成核提供位点,并通过螯合作用与Zn2+和ZIF-8颗粒配位,在改性后的基膜表面制备均匀且缺陷较少的ZIF-8复合膜,提高了ZIF-8分离膜的稳定性和分离性能。制备的ZIF-8/m PSF纳滤膜对50 mg·L-1刚果红染料的截留率为98.15±1.33%,通量为20.32±0.98 L·m-2·h-1·bar-1,均高于对照组纳滤膜(87.22±2.95%,10.84±2.64 L·m-2·h-1·bar-1)。聚乙烯亚胺(PEI)阳离子聚电解质具有良好的亲水性,较高的电荷密度和容易质子化的特点,被广泛应用于荷正电纳滤膜的制备,然而制备的膜通量很低。本文采用PEI-Noria共沉积对基膜的孔结构和化学性质进行了调控,在其表面制备了高通量聚乙烯亚胺纳滤膜(m TFC),制备的m TFC纳滤膜纯水通量为538.75±14.85 L·m-2·h-1·MPa-1,是对照组TFC通量2倍左右(275.7±10.60 L·m-2·h-1·MPa-1),同时m TFC膜对Mg Cl2的截留率和通量分别为95.43±1.05%,110.44±3.09 L·m-2·h-1·MPa-1,对比TFC纳滤膜(92.40±1.29%,41.61±1.86 L·m-2·h-1·MPa-1)截留性能略有提高,同时通量提高了1倍。通过SEM等表征手段解释了通量的提升一方面是有效过滤面积的增加,另一方面减少了聚酰胺分离层对基膜孔径的入侵,降低了传质阻力。为进一步分析PEI-Noria共沉积技术对复合膜性能影响的普遍性,本文在改性前后基膜表面制备了环己二胺、苯二胺和1,3-苯二甲胺三类复合膜,对其性能进行了测试,并对其化学性质及形貌进行了表征。结果表明,改性后基膜表面脂肪族胺单体制备的复合膜分离性能提高,其通量提升原因与上述荷正电纳滤膜原因一致;带芳香环的胺单体制备膜材料尽管出现“图灵”杂化纳米链形貌,然而其原有褶皱消失,导致其有效过滤面积降低。但胺单体在改性后基膜表面的均匀分布有利于快速形成分离层,使得制备的复合膜厚度降低。二者作用相互抵消,致使通量变化不大。
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