聚哌嗪酰胺/聚砜纳滤中空纤维复合膜的研制

论文摘要

本课题的目的是研究开发高性能纳滤中空纤维复合膜。本研究以耐压密性能优良、价廉易得的聚砜为制备复合膜的基膜材料,哌嗪为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,通过界面聚合反应在基膜表面形成超薄功能层,制备超低压高通量聚哌嗪均苯三甲酰胺/聚砜纳滤膜,以0.1%MgSO4溶液为测试液,所得高脱盐平板复合膜（Ⅰ）在0.4MPa下的脱盐率为96.1%,通量达85.2L·m-2·h（-1）;低脱盐平板复合膜（Ⅱ）脱盐率为23.7%,通量达379.8 L·m（-2）·h（-1）;中空纤维复合膜（Ⅲ）在0.6MPa下的脱盐率大于93%,通量大于40 L·m（-2）·h（-1）。 本文主要进行了四个方面的研究: 一、系统研究了哌嗪水溶液/均苯三甲酰氯正己烷溶液界面聚合体系特征、界面聚合反应中各影响因素对膜性能的影响等,研究发现,当界面两相单体分子摩尔比为某一比值时,通过控制界面聚合时间,可以形成超低压高通量高脱盐的致密功能层,如复合膜（Ⅰ）。通过改变两相单体浓度可以获得不同通量和脱盐性能的纳滤复合膜,如复合膜（Ⅱ）。对复合膜进行适当的热处理可以进一步改善复合膜的脱盐性能,以70℃热空气浴,20min为宜。 二、讨论了聚哌嗪酰胺/聚砜纳滤复合膜初生功能层脱盐性能随操作条件的变化情况。初生复合膜的通量随操作时间的增加逐渐减小至一恒定值,而脱盐率则逐渐增大至一恒定值。可以认为初生复合膜的功能层结构较为疏松,性能并不稳定,在一定的压力作用下趋于压密,使其结构达到稳定从而获得稳定的脱盐率和通量。 三、研究了利用双插入管纺丝组件/共挤出复合纺丝技术,通过调整内外纺丝液组成、挤出比和凝固条件等纺制了不同形态结构的中空纤维基膜,并进行了复合研究,结果表明,具有薄而致密皮层结构的基膜,复合时间短,所得复合膜的脱盐率高,通量大,操作压力低。目前纺制的复合效果较好的聚砜中空纤维基膜通量高于200L·m（-2）·h（-1）,对PEG20000的截留率达99%。 四、研究了纳滤中空纤维复合膜的聚合工艺,得到了较合适的制备复合膜的条件(如复合膜（Ⅲ）:哌嗪水相浓度为0.4%,均苯三甲酰氯有机相浓度为0.1%,水相处理时间为4min,有机相处理时间为1min,热处理温度70℃,热处理时间为20min。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 膜及其分离技术的发展
• 1.2 膜分离及其分类
• 1.3 纳滤膜
• 1.3.1 纳滤膜的特点
• 1.3.2 纳滤膜的分离原理
• 1.3.3 纳滤膜的制备技术
• 1.3.3.1 L-S相转化法
• 1.3.3.2 转化法
• 1.3.3.3 共混法
• 1.3.3.4 荷电化法
• 1.3.3.5 复合法
• 1.3.3.5.1 微孔基膜的制备
• 1.3.3.5.2 超薄表层的制备及复合
• 1.3.4 纳滤膜的应用
• 1.3.4.1 纳滤膜用于饮用水的制备
• 1.3.4.2 纳滤膜在食品工业上的应用
• 1.3.4.3 纳滤膜在染料工业上的应用
• 1.3.4.4 纳滤膜在生物化学和制药工业上的应用
• 1.3.4.5 纳滤膜在污水处理方面的应用
• 1.3.5 纳滤膜的研究现状
• 1.4 课题的意义及主要研究内容
• 1.4.1 课题意义
• 1.4.2 课题主要研究内容
• 1.4.2.1 聚哌嗪酰胺平板复合膜的研制
• 1.4.2.2 聚哌嗪酰胺复合膜初生功能层脱盐性能的研究
• 1.4.2.3 单皮层不对称聚砜中空纤维基膜的研制
• 1.4.2.4 聚哌嗪酰胺纳滤中空纤维复合膜的研制
• 第二章 均苯三甲酰氯单体的合成及其界面聚合条件的研究
• 2.1 实验
• 2.1.1 主要实验药品
• 2.1.2 均苯三甲酰氯单体的合成
• 2.1.3 基膜的制备
• 2.1.4 纳滤复合膜的制备
• 2.1.5 红外分析
• 2.1.6 膜形态结构观察
• 2.1.7 膜渗透性能测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 均苯三甲酰氯的合成
• 2.2.2 反应物与产物红外光谱分析
• 2.2.3 界面聚合影响因素及条件
• 2.2.3.1 水相处理时间的确定
• 2.2.3.2 界面聚合温度的确定
• 2.2.3.3 水相浓度、有机相浓度和有机相处理时间的确定
• 2.2.3.4 热处理条件的确定
• 2.3 小结
• 第三章 聚酰胺/聚砜复合膜初生功能层脱盐性能的研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要实验药品
• 3.2.2 基膜的制备
• 3.2.3 膜的性能测试
• 3.3 结果于讨论
• 3.3.1 聚砜基膜的性能
• 3.3.2 复合膜初生功能层的性能
• 3.3.2.1 初生功能层分离性能随测试时间的变化
• 3.3.2.2 初生功能层分离性能随测试压力的变化
• 3.3.2.3 热处理对复合膜分离性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 非对称聚砜中空纤维基膜的纺制
• 4.1 概述
• 4.1.1 皮层的成形
• 4.1.2 支撑层的成形
• 4.1.3 溶剂与非溶剂添加剂
• 4.1.4 中空纤维纺丝组件
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验试剂（材料）
• 4.2.2 纺丝原液的配制
• 4.2.3 纺丝溶液性能的测定
• 4.2.4 PSf/DMAc溶液流变性的测定
• 4.2.5 纺丝
• 4.2.6 中空纤维膜的形态结构观察
• 4.2.7 中空纤维膜性能测试
• 4.2.8 中空纤维膜复合及其复合膜性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚砜溶液的性质
• 4.3.1.1 聚合物溶液组分的确定
• 4.3.1.2 溶液的粘度
• 4.3.1.3 溶液的流变性能
• 4.3.1.3.1 PSf/LiCl/H2O/DMAc溶液的流变性能
• 4.3.1.3.2 PSf/PVP/DMAc溶液的流变性能
• 4.3.1.3.3 PSf/PEG/DMAc溶液的流变性能
• 4.3.2 非对称中空纤维膜纺制工艺探讨
• 4.3.3 不同NSA对中空纤维基膜及复合膜的影响
• 4.4 小结
• 第五章 聚哌嗪酰胺纳滤中空纤维复合膜的研制
• 5.1 实验
• 5.1.1 主要实验药品
• 5.1.2 聚砜中空纤维基膜的制备
• 5.1.3 纳滤中空纤维复合膜的制备
• 5.1.4 纳滤中空纤维复合膜性能测定
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 中空纤维基膜的选择
• 5.2.2 界面聚合条件研究
• 5.2.2.1 水相浓度对膜分离性能的影响
• 5.2.2.2 水相处理时间对膜分离性能的影响
• 5.2.2.3 有机相浓度对膜分离性能的影响
• 5.2.2.4 有机相处理时间对膜分离性能的影响
• 5.2.2.5 热处理温度对膜分离性能的影响
• 5.2.2.6 热处理时间对膜分离性能的影响
• 5.2.2.7 纳滤中空纤维复合膜与纳滤平板复合膜性能的比较
• 5.3 小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 攻读硕士学位期间承担或参加完成科研情况
• 致谢