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高通量、耐污染荷电纳滤复合膜制备及其脱盐性能研究

高通量、耐污染荷电纳滤复合膜制备及其脱盐性能研究

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作者：朱军勇郑州大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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 Cl2＞Mg SO4＞Na2SO4＞Na 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。

关键词：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

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