过氧化物处理反渗透膜耐氧化机制研究

作     者：邴绍所 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高从堦;周勇

授予年度：2017年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：反渗透复合膜 耐氧化 过硫酸盐 改性 机理 

摘      要：芳香聚酰胺复合反渗透（RO）膜中起分离作用的聚酰胺皮层易受活性氯的攻击发生结构降解,使膜性能下降,寿命衰减。为解决这一问题,本文将探究过硫酸盐改性商品芳香聚酰胺RO膜的方法,提高膜的分离性能和耐氧化性能,并对改性机理做出初步探讨。用过硫酸钾（K2S2O8）水溶液浸泡改性商品RO膜,控制以下五个影响因素:浸泡溶液的温度、K2S2O8浓度、浸泡时间以及热处理温度和热处理时间。对NaCl水溶液的分离性能结果表明,最佳的改性条件是浸泡温度为60℃,K2S2O8浓度为5 wt%,浸泡时间为100 min,热处理时间为5 min,热处理温度为120℃。此时通量提高43.2%,截留率提高0.2%。对小分子醇（乙醇、异丙醇,正丁醇）的分离实验表明在5 wt%,100 min下改性膜的截留性能最好。静态氧化实验表明改性膜具有更好的耐氧化性,其中耐氧化性能最佳的改性条件是5 wt%,100min。SEM、AFM结果表明,适当的改性条件不会破坏膜表面的“峰-谷结构,只会降低膜表面粗糙度,而高强度的处理则破坏膜的表面形貌。由ATR-FTIR和XPS得出,改性膜的红外谱图变化不大,而O元素含量增加,这说明改性膜表面的羧基增多;Zeta电位表征得出改性膜表面负电荷相对含量增加,这与膜表面羧基增多的结果一致。改性后接触角降低,即亲水性增加。基于上述结果,提出“界面层交联-皮层表面氧化机理,即商品RO膜经K2S2O8改性后,一方面,底膜的聚砜与皮层的聚酰胺分子交联,形成致密的界面层;另一方面,皮层受过硫酸盐的氧化作用,结构变得疏松、厚度变薄,失去对溶质的截留作用,此时界面层起截留作用。由于界面层结构更加致密,对溶质的截留能力更强,因此膜的截留率提高;同时,疏松、变薄的皮层将减小溶剂的透膜阻力,使通量增加。界面处交联之后稳定性增加,能够耐受更高强度的氧化,从而提高膜的耐氧化性能。