新型非对称荷正电膜的制备与表征

论文摘要

荷电膜是指内外表面上存在着固定电荷的膜。由于其分离过滤原理，除了中性膜的基于孔径大小的物理筛分之外，还有着独特的静电吸附和排斥作用。这就使得用大孔径膜吸附分离粒径较小的物质成为可能。而且可用其分离相对分子量相近而荷电性能不同的组分。另外，由于膜中引入了荷电基团，膜的亲水性得到加强，因而膜的透水量增加。同时由于同性相斥的电荷效应，膜的抗污染性也显著增强。又由于膜和溶液间的静电作用，溶液的渗透压降低，因此适于低压操作。所以说，荷电膜在透水、抗污染以及选择透过性等方面具有中性膜不具备的优势和用途。通过调节膜的孔径、荷电性质和荷电量可实现离子分离和化学反应，因此在资源回收、清洁生产、环境保护等领域越来越受到关注和重视。 由于商业利益的驱使，目前的研究多集中于荷负电膜。而荷正电膜的制备需要使用剧毒致癌物质氯甲醚，制备难度和成本都较大，因此至今国内外没有类似商品膜出现，研究者也很少。但对于许多工业的应用，如染料或生物大分子的分离和浓缩、阴极电泳漆废液的处理、药液和纯水中细菌内毒素的脱除等，荷正电膜的研究和开发是不容忽视的。 本论文共包括六章。是以溴化改性聚苯醚为成膜材料，将叔胺的有机溶液加入铸膜液中用相转化法制备了一系列非对称荷正电膜，探讨了制膜参数，如聚合物与荷电试剂的比例、荷电基团的种类、添加剂的种类及浓度，成膜材料的性质等，以及制膜条件对膜性能和其结构的影响。 第一章是绪论，对荷电膜的制备和分离机理作了简要的介绍，并对荷正电膜的研究现状进行了概括，然后对浸入沉淀相转化法制膜(包括成膜过程和膜性能的影响因素)以及聚苯醚的性质和在膜制备方面的应用等分别进行了介绍。最后提出本论文的设计思想和论文的主要工作。 第二章以三甲胺为例，将溴化聚苯醚的苄基与三甲胺直接在铸膜液中发生反应，得到含强碱性基团的铸膜材料，涂膜后置于乙醇中凝胶，获得荷正电的非对称膜。分别研究了溴化聚苯醚与三甲胺的比例、蒸发时间、添加剂LiCl在铸膜液中的浓度等对膜性能及其形貌的影响。结果表明，我们成功的制备得到非对称荷正电膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 膜科学与技术的发展
• §1.2 膜的定义、膜的结构及分类
• §1.3 荷电膜的制备、分离机理及研究现状
• §1.3.1 荷电膜的制备
• §1.3.2 荷电膜的分离机理
• §1.3.3 荷正电膜的研究现状
• §1.4 浸入沉淀相转化法制膜
• §1.4.1 浸入沉淀相转化法制膜过程及膜结构
• §1.4.2 浸入沉淀相转化成膜的性能影响因素
• §1.5 论文设计思想和主要工作
• 参考文献（一）
• 第二章 新型荷正电非对称膜的制备与表征
• §2.1 前言
• §2.2 实验部分
• §2.2.1 化学试剂及膜材料的制备
• §2.2.1.1 化学试剂
• §2.2.1.2 聚苯醚的溴化
• §2.2.1.3 三甲胺的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液的制备
• §2.2.2 主要仪器
• §2.2.3 膜的制备
• §2.2.4 膜性能的评价
• §2.2.4.1 纯水通量和分离性能
• §2.2.4.2 流动电位
• §2.2.4.3 扫描电镜
• §2.3 结果和讨论
• §2.3.1 溴化聚苯醚重复单元与三甲胺的摩尔比对膜性能及其形貌的影响
• §2.3.1.1 纯水通量和截留率
• §2.3.1.2 非对称膜的形貌
• §2.3.1.3 流动电位
• §2.3.2 蒸发时间对膜性能及其形貌的影响
• §2.3.2.1 纯水通量和截留率
• §2.3.2.2 不同蒸发时间制得膜的形貌
• §2.3.3 添加剂LiCl的浓度对膜性能及其形貌的影响
• §2.3.3.1 纯水通量和截留率
• §2.3.3.2 断面形貌
• §2.4 本章小结
• 参考文献（二）
• 第三章 添加剂PEG的分子量及浓度对膜性能的影响
• §3.1 前言
• §3.2 实验部分
• §3.2.1 化学试剂及膜材料的制备
• §3.2.1.1 化学试剂
• §3.2.1.2 聚苯醚的溴化及膜的制备
• §3.2.2 主要仪器
• §3.2.3 凝胶值及粘度的测定
• §3.2.5 膜性能的评价
• §3.2.5.1 纯水通量和分离性能
• §3.2.5.2 扫描电镜
• §3.3 结果和讨论
• §3.3.1 聚乙二醇在铸膜液中的浓度对膜性能及其形貌的影响
• §3.3.2 聚乙二醇分子量对膜性能及形貌的影响
• §3.4 结论
• 参考文献（三）
• 第四章 荷电基团的种类对膜性能的影响
• §4.1 前言
• §4.2 实验部分
• §4.2.1 化学试剂及膜材料的制备
• §4.2.1.1 化学试剂
• §4.2.1.2 聚苯醚的溴化
• §4.2.2 主要仪器
• §4.2.3 膜的制备
• §4.2.4 凝胶值的测定
• §4.2.5 膜性能的评价
• §4.2.5.1 纯水通量和分离性能
• §4.2.5.2 流动电位（SP）
• §4.2.5.3 孔径分布
• R）'>§4.2.5.4 含水率（W_R）
• §4.2.5.5 离子交换容量（IEC）
• §4.2.5.6 扫描电镜（SEM）
• §4.3 结果和讨论
• §4.3.1 纯水通量和孔径分布
• §4.3.2 流动电位和离子交换容量
• §4.3.3 截留率
• §4.3.4 膜的形貌
• §4.4 结论
• 参考文献（四）
• 第五章 溴化聚苯醚的溴化度和溴化位置对膜性能的影响
• §5.1 引言
• §5.2 实验部分
• §5.2.1 化学试剂及膜材料的制备
• §5.2.1.1 化学试剂
• §5.2.1.2 聚苯醚的溴化
• §5.2.2 主要仪器
• §5.2.3 膜的制备
• §5.2.4 凝胶值的测定
• §5.2.5 膜性能的评价
• §5.2.5.1 纯水通量和分离性能
• R）'>§5.2.5.2 含水率（W_R）
• §5.2.5.3 离子交换容量（IEC）
• §5.2.5.4 扫描电镜
• §5.3 结果和讨论
• §5.3.1 聚苯醚的苄基溴化度对膜性能及结构的影响
• §5.3.2 聚苯醚的苯环溴化度对膜性能及结构的影响
• §5.4 结论
• 参考文献（五）
• 第六章 全文结论
• 致谢
• 个人简历、发表的相关论文和专利