聚苯胺纳米纤维复合超滤膜制备研究

论文摘要

把纳米材料应用于分离膜制备,得到高性能纳米复合膜近年来已成为膜技术领域内的一个前沿研究方向。本文首次将聚苯胺（PANI）纳米纤维用于分离膜制备,对PANI纳米纤维/聚砜（PS）复合超滤膜的制备方法和性能进行了较深入的研究。利用PS膜过滤PANI纳米纤维分散液制备出PANI/PS复合膜。复合膜具有亲水的PANI纳米纤维多孔层。在相同条件下,复合膜的纯水通量比PS膜提高了60%。PS膜对BSA和PEG-20000的截留率分别为98.8%和27.2%,复合膜对BSA和PEG-20000的截留率分别为99.2%和27%。当进水pH值小于7时,复合膜表面的氨基和亚氨基会被质子化,膜表面带正电荷。复合膜表现出较低的BSA平衡吸附量,大约是PS膜平衡吸附量的六分之一。在过滤BSA溶液过程中,复合膜比PS膜表现出较高的渗透通量和较慢的通量下降速率。利用浸没相转化法制备出PANI/PS共混膜。与PS膜相比,共混膜具有更好的亲水性和较高的孔隙率。PANI纳米纤维在成膜过程中的迁移行为提高了共混膜的孔连通性。共混膜的纯水通量明显高于PS膜,PANI纳米纤维与PS质量比为1%的共混膜的纯水通量比PS膜提高了60%,而PANI纳米纤维与PS质量比为15%的共混膜的纯水通量比PS膜提高了140%。PS膜对BSA和AE的截留率分别是96%和93%,共混膜对BSA和AE的截留率范围分别在96%99%和93%98%。在过滤BSA溶液过程中,所有的PANI/PS共混膜与PS膜相比都具有较高的渗透通量,而且共混膜的渗透通量随着PANI纳米纤维含量的增加而升高。PANI纳米纤维与PS质量比为1%和15%的共混膜的稳态渗透通量分别是PS膜的2倍和2.5倍。此外,PANI/PS共混膜具有较慢的通量下降速率和较高的通量恢复率。共混膜的拉伸强度随着PANI纳米纤维含量的增加而增大,而膜的断裂伸长率随着PANI纳米纤维含量的增加而减小。当PANI纳米纤维与PS质量比为1%时,共混膜与PS膜相比机械性能没有明显改变。PANI/PS共混膜的热稳定性与PS膜相近。初步探索了PANI纳米纤维在PS膜表面的原位生长过程。通过控制苯胺聚合体系中的掺杂酸和十二烷基苯磺酸钠浓度,在低温和较短的搅拌时间下能够使PANI纳米纤维在PS膜表面均匀生长,得到PANI/PS复合膜。随着反应时间延长,聚苯胺/聚砜复合膜的亲水性能不断提高。随着反应时间延长,复合膜的纯水通量不断下降,而PEG-35K截留率呈上升趋势。复合膜的导电性随反应时间的延长而提高,反应24小时所得复合膜的电导率为0.04 S/cm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 导论
• 1.1 超滤膜研究进展
• 1.1.1 超滤膜材料
• 1.1.2 超滤膜制备
• 1.1.3 超滤膜应用
• 1.1.4 超滤膜改性
• 1.2 纳米复合膜研究进展
• 1.2.1 常用的纳米材料
• 1.2.2 纳米复合膜的制备方法
• 1.2.3 纳米材料对膜性能的影响
• 1.3 聚苯胺相关研究简述
• 1.3.1 聚苯胺结构及其掺杂特性
• 1.3.2 聚苯胺纳米材料及其应用
• 1.4 本文主要工作内容
• 第二章 聚苯胺纳米纤维制备
• 2.1 聚苯胺纳米纤维制备方法概述
• 2.1.1 模板法
• 2.1.2 非模板法
• 2.2 聚苯胺纳米纤维制备研究
• 2.2.1 实验材料与方法
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 聚苯胺纳米纤维表征
• 2.3.1 聚苯胺纳米纤维光谱分析
• 2.3.2 聚苯胺纳米纤维微观形貌定量分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 纳米复合膜过滤法制备与性能研究
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 纳米复合膜制备
• 3.1.3 纳米复合膜微观结构表征
• 3.1.4 纳米复合膜化学结构表征
• 3.1.5 纳米复合膜亲水性能测试
• 3.1.6 纳米复合膜荷电性能测试
• 3.1.7 纳米复合膜渗透选择性能测试
• 3.1.8 纳米复合膜抗污染性能测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 过滤法制膜条件探索
• 3.2.2 纳米复合膜微观结构
• 3.2.3 纳米复合膜化学结构
• 3.2.4 纳米复合膜亲水性能
• 3.2.5 纳米复合膜荷电性能
• 3.2.6 纳米复合膜选择透过性能
• 3.2.7 纳米复合膜抗污染性能
• 3.2.8 纳米复合膜的稳定性研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 纳米复合膜共混法制备与性能研究
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 纳米复合膜的制备
• 4.1.3 纳米复合膜的微观结构表征
• 4.1.4 纳米复合膜的化学结构表征
• 4.1.5 纳米复合膜的孔结构表征
• 4.1.6 纳米复合膜的亲水性能表征
• 4.1.7 纳米复合膜的选择透过性能测试
• 4.1.8 纳米复合膜的抗污染性能测试
• 4.1.9 纳米复合膜的机械性能测试
• 4.1.10 纳米复合膜的热稳定性测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 共混法制膜条件探索
• 4.2.2 纳米复合膜的化学结构
• 4.2.3 纳米复合膜的亲水性能
• 4.2.4 纳米复合膜的孔隙率与孔径分布
• 4.2.5 纳米复合膜的微观结构
• 4.2.6 聚苯胺纳米纤维的迁移
• 4.2.7 纳米复合膜的渗透选择性能
• 4.2.8 纳米复合膜的抗污染性能
• 4.2.9 纳米复合膜的机械性能
• 4.2.10 纳米复合膜的热稳定性
• 4.3 本章小结
• 第五章 纳米复合膜原位生长法制备探索
• 5.1 实验材料与方法
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 纳米复合膜制备
• 5.1.3 纳米复合膜化学结构分析
• 5.1.4 纳米复合膜微观形貌观测
• 5.1.5 纳米复合膜亲水性能测试
• 5.1.6 纳米复合膜选择透过性能测定
• 5.1.7 纳米复合膜导电性能测试
• 5.1.8 纳米复合膜热稳定性测试
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 原位生长法制膜条件探索
• 5.2.2 纳米复合膜化学结构
• 5.2.3 纳米复合膜亲水性能
• 5.2.4 纳米复合膜渗透选择性能
• 5.2.5 纳米复合膜导电性能
• 5.2.6 纳米复合膜热稳定性
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 关于聚苯胺纳米纤维制备
• 6.1.2 关于过滤法制备PANI/PS 复合膜
• 6.1.3 关于共混法制备PANI/PS 复合膜
• 6.1.4 关于原位生长法制备PANI/PS 复合膜
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢