基于离子液体调控的高效纳滤膜制备及其性能研究

作     者：王靖军 

作者单位：安徽建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：申慧彦;王允坤

授予年度：2024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] 0815[工学-水利工程] 

主      题：纳滤膜 离子液体 界面聚合 镁锂分离 抗污染 

摘      要：由于全球人口的增加和工业的迅速发展,人们对净水的需求急剧增加。膜法水处理技术是近年来迅速发展起来的一种新型高效水处理技术,其中纳滤膜因为能耗低、工艺简单、运行稳定、出水水质高和出色的离子截留性能等优势被广泛应用于各种水净化工艺中。为了获得更高效的纳滤膜,研究人员开发了各种纳滤膜改性技术。近年来,离子液体作为一种具有独特物理和化学性质的新型电解质,已经引起了广大研究者的高度关注,并在各个领域都有着广泛的应用,尤其是在材料改性方面,其作用日益凸显。本研究从聚酰胺纳滤膜的离子选择性和膜污染问题出发,通过离子液体调控界面聚合过程,实现聚酰胺纳滤膜的镁锂分离和抗污染改性。 针对纳滤膜的离子选择性问题,利用聚离子液体——聚（二甲基二烯丙基氯化铵）(PDADMAC)修饰聚醚砜（PES）超滤膜基底来调控界面聚合过程,使得制备的膜的孔径减小和负电性减弱。然后通过哌嗪（PIP）对其表面进行后修饰,获得孔径更小、孔径分布更窄、表面负电性更弱的镁锂分离纳滤膜。该膜对氯化镁（Mg Cl2）的截留率（94.7%）远高于对照膜（46.1%）,但是二者对氯化锂（Li Cl）的截留率非常接近（制备膜:38.3%,对照膜:33.8%）,这使得该膜具有高效的镁锂分离性能。当使用配置的模拟盐湖卤水作为进料液提取锂时,制备膜的镁锂分离因子高达77.2。此外,改性膜还表现出优秀的稳定性,大大提高了镁锂分离效率,降低了能耗,具有一定的应用潜力。 针对纳滤膜的污染问题,通过将离子液体——1-胺乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（AMIT）作为界面聚合的水相单体与PIP混合,制备可以有效抗污染的高性能聚酰胺纳滤膜。由于AMIT的杀菌特性使膜可以在细菌附着在其表面的早期阶段进行杀菌,可以有效减轻生物污染,从而导致该膜具有一定的抗生物污染性能。值得注意的是,该膜对硫酸钠和氯化钙的截留率之间存在较大差距,这使其具有很强的抗石膏结垢能力。此外,制备的膜具有更疏松的纳米多孔结构,使渗透率从原始的5.0LMH/Bar提高到11.1 LMH/Bar,同时保持了与原始膜相当的Na2SO4截留性能。 本论文从纳滤膜的表面形貌结构、化学特性、基本性能以及功能化特性等方面对制备膜进行了表征和测试,并对其实际应用潜力进行了分析。因此,本论文在解决纳滤膜离子选择性和膜污染问题上具备一定参考价值。 图[33]表[6]参[144]