羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜的制备与性能研究

论文摘要

纳滤（Nanofiltration,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,纳滤的出现填补了超滤和反渗透之间的空白。甲壳素的衍生物具有很好的保湿性、成膜性、生物相容性以及安全无毒性等优点,是一种有广泛应用前景的优良膜材料。本文首次以羟乙基甲壳素为表面活性层材料,分别以环氧氯丙烷（ECH）和甲苯二异氰酸酯（TDI）为交联剂,以聚丙烯腈（PAN）超滤膜为支撑层,制备了两种新型荷负电纳滤膜,并进行了其对纺织印染废水中水的深度处理及回用研究。具体研究内容分以下三个部分:1.环氧氯丙烷交联的羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜的制备及性能研究以聚丙烯腈超滤膜为支撑层,羟乙基甲壳素为活性功能层,并与环氧氯丙烷交联制得一种新型复合纳滤膜,研究了复合膜的制备及操作条件对膜性能的影响,并对复合膜的结构进行了表征。得出复合膜的最佳制备条件为:铸膜液羟乙基甲壳素浓度为1.5wt﹪,交联剂（ECH）浓度为1.0wt﹪,溶剂丙酮溶液（pH 10）浓度为75wt﹪,50℃下烘干2h, 50℃水浴交联为24h,取出50℃下热处理20min。在1.0MPa下测定羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜对1.0 g/L的Na2SO4,K2SO4 , MgSO4 , NaCl,KCl和MgCl2溶液的截留率分别为95.3﹪,91.5﹪,41.0﹪,31.1﹪,31.0﹪和20.1﹪;通量分别为10.0,10.1,19.2,19.7,20.8和13.0 L∕m2·h,制备的复合膜为负电性膜,电压渗系数为-2mV/MPa,截留分子量约为540,膜的孔径为0.73nm,总粗糙度为0.0191μm,平均粗糙度为0.0108μm,溶胀度为46.6%。对不同价型的盐的截留性能可以用道南平衡效应来解释。2.甲苯二异氰酸酯交联的羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜的制备及性能研究以聚丙烯腈超滤膜为支撑层,羟乙基甲壳素为活性功能层,并与甲苯二异氰酸酯交联制得一种新型复合纳滤膜,研究了复合膜的制备及操作条件对膜性能的影响,并对复合膜的结构进行了表征。得出复合膜的最佳制备条件为:羟乙基甲壳素浓度为2.4wt﹪,膜在50℃时烘干时间为2h,交联剂甲苯二异氰酸酯（TDI）浓度为1.3wt﹪,溶剂丙酮和乙醇的配比为（以丙酮所占百分比计算, pH 8）80wt%,交联温度为50℃,交联时间为15h,50℃下热处理5min。在1.2MPa下测定复合纳滤膜对1.0 g/L的Na2SO4,K2SO4 ,MgSO4 ,NaCl,KCl,MgCl2和CaCl2溶液的截留率分别为92.3﹪,90.6﹪,41.1﹪,21.7﹪,19.9﹪,19.6﹪和18.6%;通量分别为4.0,4.9,4.6,5.1,4.8,5.0和5.2 L∕m2·h。制备的复合膜为负电性膜,电压渗系数为-8mV/MPa,截留分子量约为490,膜的孔径为0.67nm,溶胀度为32.8%,复合膜的总粗糙度为0.00985μm,平均粗糙度为0.00934μm。对不同价型的无机盐的截留性能可以用道南平衡效应来解释。3.羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜对纺织印染废水中水的深度处理研究采用环氧氯丙烷交联制备的羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜对纺织印染废水中水进行去除硝酸及亚硝酸盐、CODCr、苯胺、无机盐、脱色和深度脱磷实验,结果表明,在1.5 MPa、40L/h,室温下,经复合纳滤膜处理后,对电导率、苯胺、CODCr去除率分别可达47.0%、67.9%和85.2%,对磷酸盐、硝酸及亚硝酸盐的去除率分别可达97.8%和29.7%,而色度去除率可达100%,出水无色透明,使中水可以回用,减少了水资源的浪费,为中水去除有机物、去除硝酸和亚硝酸盐、脱磷及脱色等深度处理提供了新方法,在水处理方面具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 膜技术简介
• 1.2 纳滤膜及其特点
• 1.3 纳滤膜的分离机理
• 1.4 纳滤膜的膜材料
• 1.5 纳滤膜的制备方法
• 1.5.1 L-S相转化法
• 1.5.2 复合法
• 1.5.3 荷电化法
• 1.5.4 转化法
• 1.5.5 共混法
• 1.6 纳滤膜的表征
• 1.6.1 纳滤膜的性能表征
• 1.6.2 纳滤膜的结构表征
• 1.7 纳滤膜的污染及防止
• 1.8 纳滤膜的应用
• 1.8.1 纳滤膜在海水淡化中的应用
• 1.8.2 纳滤膜在生活用水的净化及软化中的应用
• 1.8.3 纳滤膜在生物化学与医药领域中的应用
• 1.8.4 纳滤膜在食品领域中的应用
• 1.8.5 纳滤膜在石油领域的应用
• 1.8.6 纳滤膜在工业废水及生活污水处理中的应用
• 1.9 研究依据、研究意义和研究内容
• 1.9.1 研究依据、研究意义
• 1.9.2 研究内容
• 2 环氧氯丙烷交联羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜的制备及性能研究
• 2.1 研究依据
• 2.2 仪器及药品
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 羟乙基甲壳素的制备
• 2.3.2 羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜的制备
• 2.3.3 复合纳滤膜的制备的最佳条件的确定
• 2.3.4 复合纳滤膜的特性
• 2.4 小结
• 3 甲苯二异氰酸酯交联羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜的制备及性能研究
• 3.1 研究依据
• 3.2 仪器及药品
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 复合纳滤膜的制备
• 3.3.2 复合纳滤膜的制备的最佳条件的确定
• 3.3.3 复合膜的性能
• 3.4 小结
• 4 羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜对纺织印染废水中水的深度处理的研究
• 4.1 研究依据
• 4.2 仪器及药品
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 实验水样
• 4.3.2 实验用的纳滤膜
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 操作压力与膜性能的关系
• 4.4.2 流量与膜性能的关系
• 4.4.3 运行时间与膜性能的关系
• 4.5 小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 5.2 本论文的创新之处
• 5.3 有待深入研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表和已被录用的论文情况
• 致谢