季铵化壳聚糖改性聚酰胺复合纳滤膜的制备及其分离性能研究

作     者：汤欣源 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄中华;蒋子才

授予年度：2019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：季铵化壳聚糖 复合纳滤膜 界面聚合法 PPCPs 聚酰胺 

摘      要：纳滤膜分离技术广泛应用于水体软化、饮用水净化和海水淡化等工艺。然而,目前大部分商用纳滤膜表面带负电,通常对荷负电污染物去除效果较为理想,再者,纳滤膜的内部污染及通量与截留率之间“权衡,目前已成为纳滤分离过程中最为突出的问题,如何突破这种权衡将成为研发高性能荷电纳滤膜的一个落脚点。本文以聚醚砜超滤膜(PES)为基膜,将聚乙烯亚胺(PEI)与均苯三甲酰氯(TMC)在基膜表面界面聚合,形成一种松散的聚酰胺复合膜,并进一步利用季铵化壳聚糖(HTCC)对膜表面的界面聚合产物进一步改性,制备一种小截留分子量的荷正电复合纳滤膜。实验优化了铸膜液浓度、反应时间和烘干温度等因素,研究了优化后的PEI/TMC、PEI/TMC/HTCC复合纳滤膜的对无机盐和四种药品的分离性能,探讨了压力、流量、盐种类及浓度对膜通量和截留率的影响,并通过扫描电镜(SEM)、水接触角(WCA)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等分析方法对两种复合纳滤膜进行了表征,测量了复合膜的纯水渗透系数和截留分子量,同时也测试了PEI/TMC、PEI/TMC/HTCC复合纳滤膜的稳定性能以及抗污染性能。实验结果表明,PEI/TMC复合纳滤膜最佳制备条件为:PEI浓度为1.5%(m/v),浸泡时间为20 min;TMC浓度定为0.2%(m/v),浸泡时间为5 min。在PEI/TMC复合纳滤膜基础上,通过HTCC对膜表面进行改性,制备出PEI/TMC/HTCC复合纳滤膜,最佳改性条件为:HTCC浓度为0.5%(m/v),反应时间为15 min,热处理温度为50℃。复合膜的性能评价结果显示:PEI/TMC/HTCC纳滤膜为荷正电膜,Zeta电位为3.20 mV,纯水渗透系数是25.37 L·m·h,截留分子量为481Da,属于纳滤膜的范畴。对无机盐的截留顺序为MgClCaClMgSONaSONaClKCl,符合Donnon效应中荷正电纳滤膜的脱盐规律,其中对MgCl的截留率可高达90.48%。4种药物在纳滤膜上的截留率遵循氨氯地平(AML)阿替洛尔(ATE)卡马西平(CBZ)布洛芬(IBU),对AML的截留率可达到90.12%,可见PEI/TMC/HTCC复合膜对荷正电的AML和ATE比荷负电的IBU和电中性的CBZ截留效果好。纳滤膜抗污染性能测试结果表明,该PEI/TMC/HTCC纳滤膜受有机物污染后,水通量恢复率可达到85.7%,相对于PEI/TMC复合纳滤膜其抗污染性能有所改善。稳定性测试结果表明,PEI/TMC/HTCC复合纳滤膜性能更加稳定。