超高分离性能纳滤膜制备及性能研究

作     者：郝玉帆 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何本桥;姜涛

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：纳滤膜 界面聚合 壳聚糖 铜离子 渗透选择性 抗菌性 

摘      要：高效便捷地制备兼具高渗透性和高选择性的高性能分离膜对突破Robeson上线、提高分离效率和降低分离能耗具有重要意义。本文首次采用壳聚糖辅助界面聚合原位形成中间层的方法成功制备出超高渗透选择性纳滤膜,主要研究内容和结果如下:(1)CS-PIP水相溶液的制备。水相溶液的性质是本课题界面聚合过程中原位形成中间层的关键,水相溶液的粘度对界面聚合过程中活性单体的扩散速率具有重要影响,进而影响界面聚合过程。本文采用离子交联法,将多聚磷酸钠(SPP)溶液加到壳聚糖(CS)-哌嗪(PIP)共混溶液中,制备含有壳聚糖纳米颗粒(CSPs)的水相溶液。结果表明,引入CS后,水相溶液粘度明显提高,且水相溶液粘度随CS浓度的增加而增加,几乎不受陈化时间影响。当陈化时间为0 h时,CS在水相溶液中主要以游离的CS分子形式存在,当陈化时间为6 h时,CS在水相溶液中主要以CSPs形式存在。(2)CS辅助界面聚合制备高渗透选择性纳滤膜。以聚醚砜(PES)/磺化聚砜(SPSf)为基膜,以含有SPP、CS和PIP的CS-PIP溶液为水相溶液,以含有均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷溶液为油相溶液,利用界面聚合法制备高渗透选择性PIP-CSP/TMC复合纳滤膜。结果表明,当壳聚糖浓度为0.5%、陈化时间为6 h制备的PIP-CSP/TMC复合膜渗透性最佳,纯水渗透性达45.2L·m·h·bar,对NaSO截留率为99.3%,其渗透性相当于对照组PIP/TMC复合膜的5倍,远优于目前文献报道和商业纳滤膜性能,其优异的性能主要归因于超薄的分离层、更高的有效分离面积以及更多水通道的构建。(3)为进一步提高纳滤膜的综合性能,用硫酸铜溶液对PIP-CSP/TMC复合纳滤膜进行改性,发现铜离子对陈化0 h制备的PIP-CSP/TMC复合纳滤膜性能提升显著,其纯水渗透性由原来的28.1 L·m·h·bar提高为50.0 L·m·h·bar,对NaSO的截留率仍保持在99%以上,并且对大肠杆菌的抗菌率达100%。本工作为超高渗透选择性、高抗菌性纳滤膜的制备提供了新的设计思路。