高通量、耐污染荷电纳滤复合膜制备及其脱盐性能研究

作     者：朱军勇 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘金盾;张亚涛

授予年度：2015年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：疏松结构 荷电纳滤膜 蒙脱土 氧化石墨烯 两性离子聚合物 反向原子转移自由基聚合 原位生成 聚乙烯亚胺纳米颗粒 染料脱盐和纯化 

摘      要：在合成染料过程中,无机盐的存在会严重影响染料的稳定性及纯度。另外,在织物染色过程中,需添加一定量的无机盐（氯化钠,硫酸钠）来提高上染率,由此造成的高盐废水不仅难以处理,而且严重危害环境及人类健康。可见,对染料纯化、染料废水的处理及回用都离不开对大量电解质的处理。然而传统荷电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,本文分别采用共混法及原位合成法引入功能化纳米材料,通过相转化法制备疏松型纳滤膜,旨在实现活性染料与电解质的有效分离,主要研究内容如下:（1）壳聚糖-蒙脱土（CS-MMT）复合材料合成及CS-MMT/PES荷负电纳滤膜制备通过静电自组装制备壳聚糖-蒙脱土纳米复合材料,然后将其作为荷电载体共混到聚醚砜（PES）膜材料中,采用相转化法制备的疏松型纳滤膜。结果表明,随着CS-MMT的含量增加,复合纳滤膜的亲水性能及纯水通量得到显著提高。杂化膜对活性黑5和活性红49均表现出较高的截留率,而对盐则表现出较低的截留。另外,杂化膜的通量恢复率达到92%,表现出良好的抗污染性能。（2）氧化石墨烯的两性离子化及GO-PSBMA/PES荷负电纳滤膜制备通过反向原子转移自由基聚合（RATRP）,在氧化石墨烯表面接枝两性离子聚合物磺基甜菜碱（PSBMA）,采用共混-相转化法制备了GO-PSBMA/PES荷负电纳滤复合膜。结果表明,杂化膜的亲水性比空白膜明显增强,且Zeta电位结果表明膜表面带负电荷。当GO-PSBMA的添加量为0.22 wt.%,杂化膜的纯水渗透性达到了119.8 L m-2 h-1 MPa-1。膜的抗污染实验表明杂化膜具有良好的抗污染性能。杂化膜对活性黑5和活性红49的截留率分别达到97.5%,92%,对二价盐的截留率均在10%左右。（3）基于原位合成聚乙烯亚胺（PEI）纳米颗粒的混合基质膜制备在PES铸膜液中原位合成有机PEI纳米颗粒,随后用溴乙烷做改性剂使其季胺化,最后通过相转化法制备纳滤复合膜,并系统研究了PEI纳米颗粒对复合膜形貌和性能的影响。接触角和含水率测试结果表明了复合膜的亲水性得到显著提高。膜的离子交换容量（IEC）达到了0.72 mmol g-1,Zeta电位测试结果表明PEI初始添加量超过1 wt.%,复合膜表面带正电荷。在0.4 MPa下,膜的纯水通量达到55 L m-2 L-1,通量恢复率为95%,显示出了良好的抗污染性能。复合膜对活性黑5和活性红49截留率分别达到95%、91%左右。对盐的截留顺序为:Mg Cl2Mg SO4Na2SO4Na Cl,其中Mg Cl2和Na2SO4的截留率分别为17.5%,6.5%。由于该疏松型纳滤膜具有很高的活性染料截留率和电解质透过率,使得该类型的处理膜在染料纯化、脱盐及染料废水回用方面具有潜在的应用价值。