论文题目: 新型复合荷电纳滤膜/镶嵌膜的制备、表征与传递机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工艺
作者: 张浩勤
导师: 刘金盾
关键词: 复合膜,纳滤膜,荷电镶嵌膜,界面聚合,传递机理,数学模型,均匀设计
文献来源: 郑州大学
发表年度: 2005
论文摘要: 荷电镶嵌膜系由一系列规则排列的阴离子和阳离子交换基团所组成,每一基团为其反离子提供从原料液相到渗透液相的连续通道。当电解质通过该膜时,阴、阳离子分别通过其对应的交换单元。因此,荷电镶嵌膜十分有利于电解质的传递;同时,对于不带电的有机物来讲,则很难渗透过膜。这一特征,即能有效传递电解质而截留低分子量的非电解质,在生化、制药、染料等工业的有机物脱盐和净化领域具有良好的工业前景。然而,作为新型、高效的荷电镶嵌膜,因其制备工艺复杂,操作条件苛刻,目前尚未进入工业化阶段。对其制备技术进一步研究和开发仍是膜科学与技术领域具有挑战性的前沿研究课题。 为此,本文采用界面聚合技术制备高新型荷电镶嵌膜,重点研究界面聚合反应成膜机理,揭示膜的性能、结构与界面聚合反应条件之间的关系,建立相应的传递机理模型,为膜的制备、膜过程设计和分析提供理论基础。主要研究内容涉及以下几个方面: 1.基膜制备 为了制备高效复合镶嵌膜,首先必须制备支撑体作基膜。基膜材料、孔结构对于后续界面聚合制备复合膜的影响很大。为此,本文对聚砜/N-甲基吡咯烷酮/聚乙烯吡咯烷酮/丙酮/水这一新体系进行了研究,详细研究、优化成膜条件,实验制备了截留分子量为80000、水通量为250～340 L·m-2·h-1的聚砜超滤膜,为后期复合膜的制备奠定了良好的基础。 2.荷正电纳滤膜制备 采用界面聚合技术制备复合荷电镶嵌膜,关键在于如何将阴离子交换单元和阳离子交换单元引入界面聚合层。相对阳离子交换基团而言,阴离子交换基团的引入更为困难。为此,本文以聚砜超滤膜为基膜,以聚乙烯亚胺和均苯三甲酰氯为单体,首先研究了界面聚合制备聚酰胺荷正电复合纳滤膜的关键技术及其膜分离性能,以期探索复合荷电镶嵌膜制备过程中成功引入阴离子交换基团的基本规律。
论文目录:
绪论
膜分离技术的发展和展望
膜与膜分离过程
课题的提出及研究思路
参考文献
1 基膜制备
1．1 相转化成膜过程研究进展
1．1．1 相转化成膜过程简介
1．1．2 相转化成膜过程的热力学与动力学
1．1．3 基膜制备方法研究进展
1．2 实验研究
1．2．1 材料和仪器
1．2．2 制备方法
1．2．3 表征方法
1．3 结果与讨论
1．3．1 均匀实验设计
1．3．2 实验结果分析
1．4 本章结论
参考文献
2 界面聚合反应制备复合膜的数学模型
2．1 界面聚合制备复合膜的基本原理
2．1．1 界面聚合反应制备复合膜
2．1．2 影响因素分析
2．2 界面聚合制备复合膜理论研究进展
2．3 界面聚合制备复合膜的数学模型
2．3．1 物理模型
2．3．2 数学模型
2．3．3 模型的简化
2．3．4 模型检验
2．4 模型在液液界面聚合中的应用
2．4．1 模型推导
2．4．2 模型验证
2．5 模型的模拟计算
2．5．1 反应时间的影响
2．5．2 单体 A和单体 B初始浓度的影响
2．5．3 反应速率常数的影响
2．5．4 扩散系数的影响
2．5．5 扩散控制与化学反应控制
2．5．6 支撑膜性质的影响
2．5．7 相平衡常数的影响
2．6 本章结论
符号说明
参考文献
3 荷电纳滤膜的制备与表征
3．1 文献综述
3．1．1 纳滤膜的制备
3．1．2 纳滤膜表征
3．1．3 纳滤膜传递机理
3．1．4 纳滤膜的应用
3．2 实验研究
3．2．1 仪器与试剂
3．2．2 制备方法
3．2．3 表征方法
3．2．4 实验设计与数据处理
3．3 结果与讨论
3．3．1 制膜条件的筛选
3．3．2 制膜条件的优化
3．3．3 影响因素分析
3．3．4 操作条件的影响
3．3．5 混合物分离
3．3．6 膜结构参数估算
3．3．7 荷正电纳滤膜的孔径及其孔径分布
3．4 本章结论
参考文献
4 荷电镶嵌膜的制备与表征
4．1 研究进展
4．1．1 荷电镶嵌膜的制备方法
4．1．2 荷电镶嵌膜的传递机理
4．1．3 荷电镶嵌膜的应用前景
4．2 实验研究
4．2．1 材料与仪器
4．2．2 制备方法
4．2．3 表征方法
4．2．4 实验设计与数据处理
4．3 结果与讨论
4．3．1 制备条件的筛选
4．3．2 制备条件的优化
4．3．3 操作压力的影响
4．3．4 氨基酸分离~[35-37]
4．3．5 混合物的分离
4．3．6 几种荷电镶嵌膜性能之比较
4．4 荷电镶嵌膜结构表征
4．4．1 扫描电子显微镜(SEM)分析
4．4．2 原子力显微镜 AFM分析
4．5 本章结论
参考文献
5 荷电镶嵌膜中电解质的传递规律
5．1 文献综述
5．1．1 非平衡热力学模型
5．1．2 循环电流理论
5．1．3 简化摩擦模型
5．2 荷电镶嵌膜中电解质的传递模型
5．2．1 物理模型
5．2．2 数学模型
5．3 实验研究
5．4 结果与讨论
5．4．1 模型验证
5．4．2 Takashi数据验证
5．4．3 荷电镶嵌膜结构参数影响分析
5．4．4 荷电镶嵌膜与荷电纳滤膜的比较
5．5 本章结论
符号说明
参考文献
6 结论
致谢
博士在读期间的主要成果
附录1 分析方法
1 聚乙烯醇(PVA80000)浓度测定
2 聚乙二醇(PEG)浓度分析方法
3 有机染料浓度测定
4 电位分析法测定染料混合液中盐的浓度
5 分光光度法测定蔗糖和葡萄糖的浓度
6 糖混合体系中无机盐浓度测定
7 氨基酸浓度的测定
发布时间: 2005-10-25
参考文献
- [1].新型荷电复合高脱盐纳滤膜的制备及表征[D]. 谭翎燕.郑州大学2010
- [2].磺化聚醚砜纳滤膜荷电机理的动电法分析及其截留性能预测[D]. 马准.中国海洋大学2010
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