PPESK中空纤维超滤膜、纳滤膜的研究

论文摘要

含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮是本研究组开发的新材料，具有较高的玻璃化转变温度，良好的溶解性、成膜性、机械性能和化学稳定性，是一类用于制备超滤膜和纳滤膜的新型材料。本文以聚醚砜酮为膜材料研究了不同体系的相分离行为和不同的铸膜液体系对中空纤维膜结构和性能的影响。 结合线性浊点关系（LCP关系），根据浊点测定实验，通过三元相图研究了不同温度下非溶剂添加剂（NSA：乙醇、乙二醇、乙二醇甲醚、一缩二乙二醇等）对PPESK铸膜液体系的相分离行为。研究结果表明：LCP关系可用于描述PPESK／NMP／H2O和PPESK／NMP／NSA三元体系在相分离时的浊点组成，并依据LCP关系外推计算三元体系的双节点线，由此可得铸膜液体系中非溶剂添加剂的上限含量，为PPESK铸膜液体系和凝胶浴组成的构建提供了可靠依据。根据LCP线性相关曲线以及计算得到的铸膜液体系的双节点线的结果，可以得出：线性回归的斜率b相同时，截距|a|的数值越大，则非溶剂对聚合物溶液的凝胶能力越强。同时，对于PPESK／NMP／（H2O+NMP）体系，随着凝胶浴中NMP含量的增加，|a|降低、凝胶浴的凝胶能力减弱、降低了相分离过程中各组分的相对扩散速率，有利于延迟相分离。根据溶解度参数和相分离曲线，确定了论文中使用的七种非溶剂添加剂在20℃时的凝胶能力强弱顺序为：水＞乙二醇＞乙醇＞冰醋酸＞一缩二乙二醇＞乙二醇甲醚＞丁酮。 本论文以PPESK为膜材料，NMP为溶剂，水为凝胶剂，选用乙二醇甲醚（EGME）、一缩二乙二醇（DegOH）、丁酮（MEK）、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）等有机物和LiNO3作为铸膜液体系的非溶剂添加剂，系统地研究了聚合物浓度、添加剂种类和添加剂含量等对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响，制备了一系列具有不同孔径和通量的新型聚芳醚砜酮中空纤维超滤膜。实验中制备的具有不同形态（指状或海绵状）的非对称超滤膜，在0.1MPa下，纯水通量在44-817L·m-2·h-1之间，可截留不同分子量的聚乙二醇（PEG2000-PEG20，000）。将实验中制备的PPESK中空纤维超滤膜用于100mg/LPEG10，000水溶液的分离，当操作温度由15℃升高到100℃时，PPESK中空纤维超滤膜的水通量提高近2倍，而溶质截留率的变化不是很明显。 为了提高PPESK中空纤维膜的亲水性，本论文将亲水性的SPPESK与PPESK共混采用相转化的方法制得了中空纤维共混超滤膜，研究了不同的铸膜液体系以及制膜工艺对共混超滤膜结构和性能的影响、并测定了不同非溶剂在不同温度下的混溶度参数，以及共混超滤膜对BSA溶液的抗污染性能。研究表明：几种常用的非溶剂添加剂的混溶度参数具有如下规律：H2O＜乙二醇＜一缩二乙二醇＜乙二醇甲醚；随着铸膜液体系中SPPESK含量的增大，水通量增加，截留率降低；随着空气间隙的增加，具有双排指状

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 膜与膜分离技术
• 1.1.1 膜分离技术的发展
• 1.1.2 膜和膜分离过程
• 1.1.3 膜分离技术特点
• 1.1.4 膜的分类
• 1.2 超滤膜
• 1.2.1 超滤技术的发展
• 1.2.2 超滤膜材料
• 1.2.3 超滤膜制备
• 1.2.4 超滤膜性能
• 1.2.5 膜缺陷
• 1.3 纳滤膜
• 1.3.1 纳滤技术的发展
• 1.3.2 纳滤膜材料
• 1.3.3 纳滤膜特点
• 1.3.4 非对称纳滤膜
• 1.4 中空纤维膜的研究
• 1.4.1 中空纤维膜的优点
• 1.4.2 中空纤维膜的制备工艺
• 1.4.3 中空纤维膜结构及影响因素
• 1.5 论文选题目的、意义和研究内容
• 参考文献
• 2 聚醚砜酮/溶剂/非溶剂体系的相分离行为研究
• 2.1 实验材料与方法
• 2.1.1 实验材料和试剂
• 2.1.2 实验仪器和设备
• 2.1.3 三元相图测定
• 2.1.4 溶解度参数的计算
• 2.1.5 相转化理论与双节点线
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 膜材料以及制膜溶剂的选择
• 2.2.2 PPESK/NMP/NSA体系的相分离行为
• 2.2.3 PPESK/NMP/NSA体系双节点线的计算
• 2O）体系的相分离行为'>2.2.4 PPESK/NMP/（NMP+H₂O）体系的相分离行为
• 2O）体系的双节线的计算'>2.2.5 PPESK/NMP/（NMP+H₂O）体系的双节线的计算
• 2.2.6 添加剂种类对PPESK铸膜液体系的相分离行为的影响
• 2.2.7 温度对PPESK/NMP/NSA体系的相分离行为的影响
• 2.3 本章结论
• 参考文献
• 3 聚醚砜酮中空纤维超滤膜的研制
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验材料和试剂
• 3.1.2 实验仪器和设备
• 3.1.3 PPESK中空纤维膜及膜组件的制备
• 3.1.4 表征手段
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 溶剂、非溶剂添加剂与水的溶解度参数差
• 3.2.2 聚合物浓度对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响
• 3.2.3 有机小分子添加剂对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响
• 3.2.4 DegOH含量对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响
• 3/DegOH对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响'>3.2.5 LiNO₃/DegOH对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响
• 3.2.6 PVP含量对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响
• 3.2.7 干纺程距离对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响
• 3.2.8 PPESK中空纤维超滤膜的耐热性能
• 3.3 本章结论
• 参考文献
• 4 SPPESK/PPESK中空纤维共混超滤膜的研制
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验材料和试剂
• 4.1.2 实验仪器和设备
• 4.1.3 混溶参数测定
• 4.1.4 SPPESK/PPESK中空纤维共混超滤膜及膜组件的制备
• 4.1.5 SPPESK/PPESK中空纤维共混超滤膜的表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 非溶剂添加剂在不同温度下的混溶度参数
• 4.2.2 磺化度对SPPESK/PPESK共混超滤膜结构和性能的影响
• 4.2.3 SPPESK含量对SPPESK/PPESK共混超滤膜结构和性能的影响
• 4.2.4 有机小分子类型对SPPESK/PPESK共混超滤膜结构和性能的影响
• 4.2.5 PVP含量对SPPESK/PPESK共混超滤膜结构和性能的影响
• 4.2.6 空气间隙对SPPESK/PPESK共混超滤膜结构和性能的影响
• 4.2.7 SPPESK/PPESK共混超滤膜的耐污染性能
• 4.3 本章结论
• 参考文献
• 5 聚醚砜酮中空纤维超滤膜在聚合氯化铝制备中的应用研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 超滤膜在PAC制备中的应用原理
• 5.1.2 实验材料和方法
• 5.1.3 液体聚合氯化铝的制备
• 5.1.4 液体聚合氯化铝絮凝性能的评价
• 5.1.5 PPESK中空纤维超滤膜的断面结构
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 PPESK中空纤维膜结构
• 5.2.2 PPESK中空纤维超滤膜的耐酸碱性能
• 5.2.3 染料浓度-吸光度标准曲线的绘制
• 5.2.4 液体聚合氯化铝制备条件的优化
• 5.2.5 液体聚合氯化铝对不同染料废水的絮凝性能的考察
• 5.2.6 聚合氯化铝溶液的pH值对染料色度去除率的影响
• 5.2.7 PPESK膜反应器制备的聚合氯化铝与商用聚合氯化铝性能比较
• 5.3 本章结论
• 参考文献
• 6 聚醚砜酮中空纤维非对称纳滤膜的研制
• 6.1 实验材料与方法
• 6.1.1 实验材料和试剂
• 6.1.2 实验仪器和设备
• 6.1.3 PPESK中空纤维纳滤膜的制备
• 6.1.4 表征手段
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 非溶剂添加剂对PPESK铸膜液体系溶解度参数的影响
• 6.2.2 非溶剂添加剂对PPESK铸膜液体系凝胶性能的影响
• 6.2.3 EGME对PPESK中空纤维非对称纳滤膜结构和性能的影响
• 6.2.4 AA对PPESK中空纤维非对称纳滤膜结构和性能的影响
• 6.2.5 AA/EGME对PPESK中空纤维非对称纳滤膜结构和性能的影响
• 6.2.6 空气凝胶温度对PPESK中空纤维非对称纳滤膜结构和性能的影响
• 6.2.7 内凝胶组成对PPESK中空纤维纳滤膜结构和性能的影响
• 6.3 本章结论
• 参考文献
• 结论
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 论文创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书