芳香聚酰胺纳滤膜的制备及性能研究

论文摘要

芳香聚酰胺作为一种合成高分子材料，以其特有的分子结构在膜的热稳定性及化学稳定性方面，明显优于醋酸纤维素等其它膜。研制并开发芳香聚酰胺纳滤膜，可以为我国水净化及环保领域提供新的膜品种，具有一定的现实意义。本文所用的芳香聚酰胺是聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA），并采用该种膜材料，用相转化法制备了平板纳滤膜，用干-湿法制备了中空纤维纳滤膜。制备过程中影响纳滤膜性能的因素是多方面的，着重讨论了聚合物浓度、添加剂含量、溶剂挥发时间、凝胶浴组成和温度、膜厚等的影响；采用正交试验法对制备条件进行优化，确定出最佳制膜工艺，得到了性能良好的芳香聚酰胺平板纳滤膜。本文在芳香聚酰胺平板纳滤膜研制的基础上，采用干—湿法纺丝制膜技术，纺制了芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜。考察了纺丝溶液流动性、喷丝头温度、蒸发距离和后处理等制膜工艺参数对纳滤膜成型及性能的影响，摸索最佳的制膜工艺。用扫描电子显微镜观察膜的微观结构。详细讨论了纳滤膜的分离特性，并对膜分离过程中一些操作因素的影响进行了研究。实验结果表明，所制芳香聚酰胺纳滤膜对二价和高价无机盐离子及有机小分子物具有较好的选择分离性能。该膜在25℃，操作压力为0.5MPa时，对500mg／L的MgSO4的脱盐率为27.43％，对500mg／L的Na2SO4的脱盐率为30.10％，对800mg／LPEG-1000的截留率为67.28％。该膜具有很好的耐溶剂性和抗污染性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 膜分离技术简介
• 1.1.1 膜分离技术发展简史
• 1.1.2 膜分离技术特点
• 1.1.3 膜分离技术现状和发展前景
• 1.2 纳滤膜技术及其应用
• 1.2.1 纳滤膜技术及其分离特性
• 1.2.2 纳滤膜的应用
• 1.2.2.1 纳滤在水处理方面的应用
• 1.2.2.2 纳滤膜在食品工业上的应用
• 1.2.2.3 纳滤膜在生物化学和制药工业上的应用
• 1.2.2.4 纳滤膜在石油化工中的应用
• 1.3 纳滤膜的分离机理
• 1.4 纳滤膜的制备方法与材质
• 1.4.1 纳滤膜的制备方法
• 1.4.1.1 L-S相转化法
• 1.4.1.2 转化法
• 1.4.1.3 共混法
• 1.4.1.4 荷电化法
• 1.4.1.5 复合法
• 1.5 芳香聚酰胺纳滤膜的国内外研究现状
• 1.5.1 国外现状
• 1.5.2 国内现状
• 1.6 本课题研究意义及研究内容
• 1.6.1 课题研究意义
• 1.6.2 本文的工作
• 第二章 芳香聚酰胺平板纳滤膜的制备与表征
• 2.1 概述
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品及仪器
• 2.2.1.1 实验药品
• 2.2.1.2 实验仪器
• 2.2.2 芳香聚酰胺平板纳滤膜的制备
• 2.2.2.1 铸膜液的合成
• 2.2.2.2 成膜方法
• 2.2.3 芳香聚酰胺平板纳滤膜结构和性能研究
• 2.2.3.1 膜孔隙率的测定
• 2.2.3.2 膜形态结构的测定
• 2.2.3.3 脱盐率的测定
• 2.2.3.4 水通量的测定
• 2.2.3.5 耐溶剂性能的考察
• 2.2.3.6 膜污染研究
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 制备膜工艺参数讨论
• 2.3.1.1 相对湿度和铸膜液温度对膜性能的影响
• 2.3.1.2 聚合物浓度对膜性能的影响
• 2.3.1.3 添加剂含量对膜性能的影响
• 2.3.1.4 蒸发时间对膜性能的影响
• 2.3.1.5 凝固浴温度对膜性能的影响
• 2.3.1.6 凝固浴介质对膜性能的影响
• 2.3.1.7 膜厚对膜性能的影响
• 2.3.2 正交试验
• 2.3.2.1 因素确定
• 2.3.2.2 结果分析
• 2.3.3 芳香聚酰胺平板纳滤膜的分离性能
• 2.3.3.1 不同无机盐的脱除率
• 2.3.3.2 有机小分子的截留性能
• 2.3.4 膜的孔隙率测定
• 2.3.5 膜的形态结构观测
• 2.3.6 膜的耐溶剂性
• 2.3.7 膜污染电镜观察
• 2.4 影响芳香聚酰胺平板纳滤膜分离性能的因素分析
• 2.4.1 膜材料对分离性能的影响
• 2.4.2 铸膜液组成和制膜工艺的影响
• 2.4.3 测试条件对纳滤膜分离性能的影响
• 2.5 结论
• 第三章 芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜的成型与表征
• 3.1 概述
• 3.2 芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜的制备
• 3.3 芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜的评价与表征
• 3.3.1 水通量及截留性能的评价
• 3.3.2 膜的微观形貌表征
• 3.3.3 膜的强度测定
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 成膜条件的初步探讨
• 3.4.1.1 落球粘度与纺丝溶液温度的关系
• 3.4.1.2 落球粘度与纺丝溶液固含量的关系
• 3.4.2 喷丝头温度对膜性能的影响
• 3.4.3 蒸发距离对膜性能的影响
• 3.4.4 喷丝头拉伸对膜性能的影响
• 3.4.5 凝固浴条件对膜性能的影响
• 3.4.6 喷丝孔长径比对膜性能的影响
• 3.4.6.1 长径比对可纺性的影响
• 3.4.6.2 长径比对机械性能的影响
• 3.4.7 填充液流量对膜性能的影响
• 3.4.8 热处理温度对膜性能的影响
• 3.5 测试条件对芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜性能的影响
• 3.5.1 测试压力对膜性能的影响
• 3.5.2 进料液浓度对膜性能的影响
• 3.6 芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜的性能
• 3.6.1 芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜对不同无机盐的分离性能
• 3.6.2 芳香聚酰胺中空纤维纳滤膜的截留性能
• 3.7 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 硕士研究生在学期间发表论文情况
• 致谢