基于壳聚糖硫酸酯、羧甲基壳聚糖及羧甲基纤维素钠复合纳滤膜的研究

论文摘要

纳滤（Nanofiltratrtion,NF）是自二十世纪八十年代发展起来的介于超滤和反渗透之间的、同属于压力驱动的新型膜分离技术。目前绝大部分的纳滤膜属于复合膜,即在一基膜上复合一活性层。纤维素是地球上资源最为丰富的天然高分子化合物,甲壳素也是一种天然的、可再生的高分子化合物,产量仅次于纤维素,壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物。在本研究中,以壳聚糖的两种两性的水溶性衍生物-壳聚糖硫酸酯（SCS）和N, O-羧甲基壳聚糖（NOCC）,以及羧甲基纤维素钠（CMC-Na）作为复合NF膜表面活性层材料,戊二醛（GA）、环氧氯丙烷（ECH）、以及六亚甲基二异氰酸酯（HDI）作为交联剂,利用涂敷与交联结合使用的方法,在一定的制备工艺下,制备了三个系列的新型复合纳滤膜。利用衰减全反射红外光谱（ATR-IR）、环境扫描电镜（ESEM）和原子力显微镜（AFM）对其结构形貌进行了表征,研究了其性能指标和截留性能,并对其截留特性做了探讨。以SCS和NOCC为表面活性层材料的两性复合NF膜均呈现出荷负电纳滤膜的截留特征;对于同一种材料制得的复合NF膜,通量应与平均面粗糙度（Ra）有关:Ra值较大,通量也较大。通过改变表面活性层铸膜液的组成、交联剂的浓度、以及制备工艺等,适量的无机小分子、有机小分子、以及阴离子表面活性剂的添加,可调节所制得复合NF膜的截留性能。研究结果表明涂敷与交联结合使用的方法是一种制备多糖水溶性衍生物复合NF膜的有效途径。以均相合成的方法制备了高含硫量的壳聚糖硫酸酯（SCS）。以壳聚糖硫酸酯为活性层材料,戊二醛水溶液为交联剂,聚丙烯腈（PAN）超滤膜为基膜,制备了SCS/PAN复合NF膜。在0.40MPa、25℃下,所制得的SCS/PAN复合NF膜对1000 mg·L-1 K2SO4、Na2SO4及NaCl溶液的截留率分别为92.8、92.1及52.3%,通量分别为11.3、7.1及10.4kg·m-2·h-1。SCS/PAN系列复合膜对无机盐

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 膜和膜分离过程
• 1.2 纳滤及纳滤膜
• 1.2.1 纳滤膜的分离性能及特点
• 1.2.2 纳滤膜的膜材料
• 1.2.3 纳滤膜的制备方法
• 1.3 纳滤膜的分离机理
• 1.3.1 Donnan 平衡模型
• 1.3.2 固定电荷模型
• 1.3.3 空间电荷模型
• 1.3.4 杂化模型
• 1.4 纳滤膜的性能评价与结构形貌表征
• 1.4.1 纳滤膜性能评价
• 1.4.2 复合纳滤膜的结构形貌表征
• 1.5 纳滤膜的应用
• 1.5.1 在工业废水处理中的应用
• 1.5.2 NF 膜在生产和生活用水中的应用
• 1.5.3 NF 膜在食品工业中的应用
• 1.5.4 NF 膜在生物化学和制药工业中的应用
• 1.5.5 NF 膜在石油提炼过程和开采中的应用
• 1.6 壳聚糖、纤维素及其衍生物
• 1.6.1 概述
• 1.6.2 壳聚糖及纤维素纳滤膜
• 1.6.3 壳聚糖及其衍生物的抑菌性
• 1.7 课题的研究意义、目标及主要研究内容
• 1.7.1 课题的研究意义
• 1.7.2 研究目标和主要研究内容
• 2 壳聚糖硫酸酯系列复合纳滤膜的制备、形貌表征和截留性能研究
• 2.1 壳聚糖硫酸酯的制备
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.3 小结
• 2.2 戊二醛交联的壳聚糖硫酸酯/聚丙烯腈（SCS/PAN）复合纳滤膜的制备及性能研究
• 2.2.1 实验
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.3 小结
• 2.3 环氧氯丙烷交联的壳聚糖硫酸酯/聚砜（SCS/PS）复合纳滤膜制备及性能研究
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.3 小结
• 2.4 六亚甲基二异氰酸酯交联的壳聚糖硫酸酯/聚丙烯腈（SCS/PAN）复合纳滤膜的制备及性能研究
• 2.4.1 实验部分
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.4.3 小结
• 2.5 本章小结
• 3 N，O—羧甲基壳聚糖系列复合纳滤膜的制备、形貌表征和截留性能研究
• 3.1 N,O－羧甲基壳聚糖（NOCC）的制备
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.3 小结
• 3.2 戊二醛交联的N，O—羧甲基壳聚糖（NOCC）/聚砜（PS）系列复合纳滤膜的研究
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.3 小结
• 3.3 环氧氯丙烷交联的N，O—羧甲基壳聚糖（NOCC）/聚砜（PS）复合纳滤膜的研究
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.3 小结
• 3.4 本章小结
• 4 羧甲基纤维素钠/聚偏氟乙烯（CMC-Na/PVDF）复合 NF 膜的制备及性能研究
• 4.1 实验材料和方法
• 4.1.1 实验材料与设备
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 PVDF 超滤膜对PEG20000 的截留率与通量
• 4.2.2 CMC-Na/PVDF 复合NF 膜的结构和形貌表征
• 4.2.3 CMC-Na/PVDF 复合NF 膜的性能指标
• 4.2.4 制备条件对CMC-Na/PVDF 复合膜截留性能的影响
• 4.2.5 操作条件对CMC-Na/PVDF 复合NF 膜截留性能的影响
• 4.3 小结
• 5 壳聚糖硫酸酯（SCS）及 N,O-羧甲基壳聚糖（NOCC）复合纳滤膜的抑藻和抑菌性能的初步研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验试剂及仪器
• 5.1.2 实验方法与步骤
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 复合纳滤膜的抑藻性能
• 5.2.2 复合纳滤膜的抑菌性能
• 5.3 小结
• 6 环氧氯丙烷交联的 NOCC/PS 复合纳滤膜对酒厂废液处理的初步研究
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 废水水样
• 6.1.2 实验用NF 膜
• 6.1.3 试验流程
• 6.1.4 分析方法
• 6.1.5 通量（F）和去除率（R）的计算
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 操作压力的影响
• 6.2.2 料液流量的影响
• 6.2.3 运行时间的影响
• 6.3 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间已发表的文章
• 致谢