多酚调控高效纳滤膜的制备及染料废水分离性能的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chinajovi
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淡水资源匮乏且分布不均匀已经成为我国面临的严峻问题,而作为纺织业发达的大国,大量使用和生产染料造成水资源的污染日趋严重,因此对染料废水的回收利用有望改变我国淡水资源短缺的局促现状。现代工业中膜分离因其简单高效的优点逐渐取代传统的分离方式,其中介于反渗透膜与超滤膜之间的纳滤膜,可实现选择性分离分子级别的能力,因此可以在染料废水处理方面发挥重要作用。近年来受贻贝类生物启发,仿生粘合法制备高效纳滤膜逐渐兴起,与多巴胺类似具有生物粘附能力的植物多酚因价格低,易得且性能多样化受到了广泛关注。本论文利用具有多酚结构的单宁酸(TA)与吡咯(Py)分步涂覆制备复合纳滤膜。采用TA预处理基膜,由于TA在水溶液中具有去质子化作用,可抑制Py的耦合自聚反应,调控聚吡咯(PPy)的生长速度,TA与Py二者通过强烈的氢键作用以及静电作用在超滤膜上形成稳定的选择层。为了探索Py浓度对纳滤膜的分离性能,制备了TA与Py不同配比(从1:2、1:4、1:6、1:8到1:10)的TA/Py@PI复合纳滤膜,水通量呈现出逐渐降低的趋势。当调节TA与Py的比例为1:8时,对水体系染料的分离性能最佳,几乎对各种染料的截留率都达到~100%,且对刚果红(CR)膜的渗透通量高达8.5 L m-2 h-1 bar-1;当测试有机体系的染料溶液时,四氢呋喃/刚果红(THF/CR)的分离性能最优,通量达到1.9 L m-2 h-1 bar-1的同时,截留率保持~100%。为了简化制备过程,选择具有相似结构的低成本没食子酸(GA)与零维材料量子点(PQD)进行一步沉积反应,在超滤膜表面形成选择层。实验的全过程均在水溶液中进行,操作步骤简单且绿色环保。探究了PQD的物化性质以及GA和PQD的浓度,以及反应时间对GA/PQD@PI复合纳滤膜分离性能的影响。当固定GA的浓度,随着PQD浓度从2%增加到12%,膜的选择层结构更加致密无缺陷,对甲基蓝(MB)水溶液的渗透通量呈现逐步下降的趋势,而截留率从79.2%增加到100%;当固定PQD浓度为8%,反应时间为1 h时,所制备的纳滤膜的分离性能最佳,此时MB/水溶液渗透通量达到10.2 L m-2 h-1 bar-1,此时截留率为~100%。
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