聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜制备研究

聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜制备研究

论文摘要

膜污染问题是阻碍液体分离膜技术广泛应用的制约因素之一,较直接有效的解决办法是对分离膜进行亲水改性。纳米技术的迅速发展为制备高亲水液体分离膜的研究开辟了新的途径。本文将亲水性聚苯胺(PANI)纳米纤维通过共混方式用于聚砜(PSf)膜的改性研究,采用浸没-相转化法制备出高亲水和高抗污染的PANI/PSf纳米纤维共混复合膜。考察了溶剂种类、PSf浓度、凝固浴组成、凝固浴温度、添加剂种类、预蒸发时间、液态膜厚度等基本制膜工艺条件对共混复合膜结构及性能的影响,确定了较适宜的工艺参数。选取DMAc作为体系的溶剂;随着PSf含量增加,共混复合膜纯水通量减小而截留率增大,PSf质量含量选在1518%间较适宜;凝固浴分别为纯水、50%乙醇、100%乙醇、100%异丙醇时,膜结构趋于致密,渗透性能下降;考察温度范围内凝固浴在20℃时共混复合膜纯水通量和截留性能均较好;添加剂PVP增大了共混复合膜的孔隙率,在不影响膜截留性能的同时对提高渗透性能有帮助;随预蒸发时间的延长和液态膜厚度的增大,共混复合膜渗透性能下降,但过短的预蒸发时间和过薄的液态膜厚度都容易使膜产生缺陷,适宜的预蒸发时间和液态膜厚度分别为30秒,250300μm。在优化的基本工艺条件基础上,着重分析了PANI纳米纤维含量、纤维形貌、掺杂状态对共混复合膜结构及性能的影响。浊点相图的测定说明PANI的加入使铸膜体系热力学不稳定性增强,粘度测定结果显示随PANI含量的增加铸膜液粘度不断增大,流体类型由牛顿型向非牛顿型转变。PANI与PSf质量比为1:10015:100的共混复合膜和纯PSf膜相比,亲水性明显提高,孔道间的连通性得到改善,孔径和孔隙率有所增大;对BSA、AE、PEG-35K的截留率无明显变化,纯水通量显著提高,是纯PSf膜的1.62.3倍;在过滤BSA溶液实验中,具有更高的渗透通量、通量保留率、纯水冲洗后的通量恢复率,抗污染性能显著提高;拉伸强度增大而韧性减小,在较高的温度范围内,有明显的热稳定性优势。较短与较长的PANI纳米纤维相比,制得的共混复合膜具有更好的亲水性,较高的孔隙率、纯水通量及抗污染性能。共混复合膜在酸性条件下处于掺杂状态,膜表面带正电荷,碱性条件下处于脱掺杂状态,膜表面不带电;掺杂态与脱掺杂态共混复合膜相比,纯水通量稍低而截留率升高,在过滤BSA溶液实验中,具有较高的通量保留率,抗污染性能更佳。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 液体膜分离概述
  • 1.1.1 液体膜分离过程
  • 1.1.2 存在问题及发展方向
  • 1.1.3 分离膜的改性
  • 1.1.3.1 分离膜的本体改性
  • 1.1.3.2 分离膜的表面改性
  • 1.1.3.3 分离膜的共混改性
  • 1.2 相转化法制膜概述
  • 1.2.1 热力学分相
  • 1.2.1.1 液-液分相过程
  • 1.2.1.2 凝胶化与玻璃化
  • 1.2.2 动力学分相
  • 1.2.3 膜结构调控
  • 1.2.3.1 聚合物浓度
  • 1.2.3.2 铸膜液、凝固浴温度
  • 1.2.3.3 添加剂及其浓度
  • 1.2.3.4 凝固浴组成
  • 1.2.3.5 预蒸发时间
  • 1.2.3.6 膜厚度
  • 1.3 聚砜、聚苯胺研究现状简述
  • 1.3.1 聚砜结构及聚砜膜的性质
  • 1.3.2 聚苯胺的结构及特性
  • 1.4 本文主要工作内容
  • 第二章 聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜制备基本工艺条件确定
  • 2.1 聚苯胺纳米纤维的制备及其分散与溶解特性研究
  • 2.1.1 实验材料与仪器
  • 2.1.2 聚苯胺纳米纤维的制备
  • 2.1.3 聚苯胺纳米纤维的表征
  • 2.1.3.1 聚苯胺纳米纤维的化学结构
  • 2.1.3.2 聚苯胺纳米纤维的形貌分析
  • 2.1.4 聚苯胺纳米纤维分散方法和溶解性研究
  • 2.1.4.1 聚苯胺纳米纤维的分散方法
  • 2.1.4.2 聚苯胺纳米纤维的溶解性
  • 2.2 聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜的制备与表征
  • 2.2.1 聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜的制备
  • 2.2.2 聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜的表征
  • 2.2.2.1 共混复合膜的微观结构
  • 2.2.2.2 共混复合膜的孔隙率
  • 2.2.2.3 共混复合膜的渗透选择性能
  • 2.3 制膜工艺对共混复合膜结构及性能影响的研究
  • 2.3.1 溶剂的选择
  • 2.3.2 聚砜浓度的影响
  • 2.3.3 凝固浴组成的影响
  • 2.3.4 凝固浴温度的影响
  • 2.3.5 添加剂种类的影响
  • 2.3.6 预蒸发时间的影响
  • 2.3.7 膜厚度的影响
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 聚苯胺纳米纤维对共混复合膜结构与性能的影响
  • 3.1 聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜的制备与表征
  • 3.1.1 实验材料
  • 3.1.2 聚苯胺纳米纤维/聚砜共混复合膜的制备
  • 3.1.3 浊点的测定
  • 3.1.4 铸膜液粘度的测定
  • 3.1.5 共混复合膜化学结构的表征
  • 3.1.6 共混复合膜微观结构的表征
  • 3.1.7 共混复合膜的孔隙率和孔径分布
  • 3.1.8 共混复合膜亲水性能的表征
  • 3.1.9 共混复合膜选择透过性能的表征
  • 3.1.10 共混复合膜抗污染性能的表征
  • 3.1.11 共混复合膜机械性能的表征
  • 3.1.12 共混复合膜热稳定性能的表征
  • 3.1.13 共混复合膜荷电性能的表征
  • 3.2 聚苯胺纳米纤维对共混复合膜结构和性能的影响研究
  • 3.2.1 聚苯胺纳米纤维对铸膜液热力学稳定性的影响
  • 3.2.2 聚苯胺纳米纤维对铸膜液粘度的影响
  • 3.2.3 聚苯胺纳米纤维含量对共混复合膜结构和性能的影响
  • 3.2.3.1 对共混复合膜表面化学组成的影响
  • 3.2.3.2 对共混复合膜微观结构的影响
  • 3.2.3.3 对共混复合膜亲水性的影响
  • 3.2.3.4 对共混复合膜孔径及孔隙率的影响
  • 3.2.3.5 对共混复合膜选择透过性能的影响
  • 3.2.3.6 对共混复合膜抗污染性能的影响
  • 3.2.3.7 对共混复合膜机械性能的影响
  • 3.2.3.8 对共混复合膜热稳定性的影响
  • 3.2.4 聚苯胺纳米纤维形貌对共混复合膜结构和性能的影响
  • 3.2.4.1 对共混复合膜微观结构的影响
  • 3.2.4.2 对共混复合膜亲水性的影响
  • 3.2.4.3 对共混复合膜孔隙率的影响
  • 3.2.4.4 对共混复合膜渗透选择性能的影响
  • 3.2.4.5 对共混复合膜抗污染性能的影响
  • 3.2.5 聚苯胺纳米纤维掺杂状态对共混复合膜性能的影响
  • 3.2.5.1 对共混复合膜荷电性能的影响
  • 3.2.5.2 对共混复合膜渗透选择性能的影响
  • 3.2.5.3 对共混复合膜抗污染性能的影响
  • 3.3 本章小结
  • 第四章 结论
  • 一 关于聚苯胺纳米纤维的制备及其分散与溶解特性研究
  • 二 关于共混复合膜制备基本工艺条件的研究
  • 三 关于聚苯胺纳米纤维对共混复合膜结构和性能的影响研究
  • 四 本文的贡献与创新
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢
  • 相关论文文献

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