荷電復(fù)合膜的制備及其鹽-水滲透分離行為研究.pdf

1、膜技術(shù)是一種新型分離技術(shù)，具有高效、節(jié)能、清潔等優(yōu)點。在當(dāng)今世界能源緊缺，水和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的形勢下，膜分離技術(shù)在脫鹽、廢水處理、食品加工和醫(yī)藥等方面引起了世界各國的高度重視。荷電膜是一種表面荷正電或荷負(fù)電的膜，近年來研究者們在膜材料的制備、鹽/水滲透分離及傳質(zhì)過程機理等方面進(jìn)行了廣泛的研究，取得了一定的研究成果，引起了國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注，該方面的研究對膜分離技術(shù)在脫鹽領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要理論依據(jù)。
　　本論文以荷正電的離子液

2、體嵌段共聚物PMMA-b-PMEBIm-Br為成膜材料，以功能化的碳納米管(PMMA-MWCNTs)和殼聚糖改性氧化石墨烯(GO-CS)為改性劑，重點研究荷正電離子液體共聚物復(fù)合膜的鹽/水滲透分離性能。此外，還將GO-CS用于聚醚砜(PES)超濾膜的荷電、親水化改性，并通過界面聚合制備了正滲透復(fù)合膜，研究了GO-CS對正滲透復(fù)合膜的鹽/水分離性能影響。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.離子液體嵌段共聚物膜制備及其鹽/水滲透分離性能

3、>　　采用RAFT法合成三種不同聚離子液體鏈段長度的離子液體共聚物PMMA-b-PMEBIm-Br，以該共聚物為成膜材料，通過溶劑蒸發(fā)法制備PMMA-b-PMEBIm-Br致密膜。采用紅外光譜(FTIR)、核磁共振(1H-NMR)以及凝膠滲透色譜(GPC)等對共聚物的結(jié)構(gòu)和分子量進(jìn)行測試。結(jié)果表明，通過RAFT法成功合成了離子液體共聚物PMMA-b-PMEBIm-Br，且共聚物的分子量隨共聚物中PMEBIm-Br鏈段長度的增加而增大。對

4、膜的形貌、親/疏水性及荷電性測試表明，PMMA-b-PMEBIm-Br共聚物膜為親水性的荷正電致密膜。該膜的鹽/水分離性能測試結(jié)果表明，隨著共聚物中PMEBIm-Br鏈段長度的增加，膜對0.1 mol/L的NaCl溶液的滲透率由2.74×10-8 cm2/s增加到1.94×10-7 cm2/s;純水通量由1.25 L/(m2·h)增加到4.2 L/(m2·h);對0.03mol/L的MgCl2溶液的滲透通量由220 mL/(m2·h)增

5、加到760mL/(m2·h)，但截鹽率降低，由97％降到65％。
　　2.PMMA-MWCNTs改性荷電復(fù)合膜制備及其鹽/水滲透分離性能
　　采用微乳液聚合法對碳納米管進(jìn)行功能化修飾，將甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝到碳納米管(MWCNTs)上，制備PMMA-MWCNTs。以PMMA-MWCNTs為改性劑，采用溶劑蒸發(fā)法制備PMMA-MWCNTs/PMMA-b-PMEBIm-Br2荷電復(fù)合膜，并對膜的鹽/水滲透性能進(jìn)行了研究。

6、采用紅外光譜、熱失重分析、X射線衍射、拉曼光譜以及透射電鏡等對PMMA-MWCNTs結(jié)構(gòu)及形貌進(jìn)行測試，結(jié)果表明，PMMA已成功接枝到碳納米管上。對膜的測試結(jié)果表明，碳納米管在復(fù)合膜中分散性良好，膜吸水率隨PMMA-MWCNTs添加量的增加而下降，由63％降到48.5％。對復(fù)合膜的鹽/水滲透性能的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對純膜，復(fù)合膜的水通量明顯提高，由2.75 L/(m2·h)上升到11.09 L/(m2·h)，滲透通量降低，截鹽率提高。但碳

7、納米管對復(fù)合膜的鹽滲透率作用不明顯，說明碳納米管對構(gòu)建復(fù)合膜的納米水通道有利。
　　3.GO-CS改性荷電復(fù)合膜制備及其鹽/水滲透分離性能
　　采用殼聚糖修飾的氧化石墨烯(GO-CS)為改性劑以提高離子液體共聚物復(fù)合膜的性能，并采用紅外光譜、X射線衍射、拉曼、透射電鏡、掃描電鏡等對GO-CS及改性膜的結(jié)構(gòu)和性能等進(jìn)行測試。結(jié)果表明，殼聚糖成功接枝到氧化石墨烯上，GO-CS在復(fù)合膜中分散性良好且隨添加量的增加，膜吸水率由63％

8、降到47.7％。通過對復(fù)合膜鹽/水滲透分離性能的研究發(fā)現(xiàn)，相對純膜，復(fù)合膜水通量得到顯著提高，由2.75 L/(m2·h)上升到18.76 L/(m2·h)。隨著GO-CS添加量的增加，膜對NaCl滲透率降低，滲透通量降低，截鹽率升高。與PMMA-MWCNTs改性的PMMA-MWCNTs/PMMA-b-PMEBIm-Br2復(fù)合膜相比，該膜對NaCl的滲透率和鹽滲透通量均有所降低，截鹽率更高。
　　4.正滲透復(fù)合膜的制備及其鹽/水分

9、離性能
　　采用GO-CS提高PES超濾底膜的親水性能，以GO-CS/PES超濾膜為底膜，通過界面聚合法制備了具有超薄分離層的正滲透復(fù)合膜(TFC-FO)，并對GO-CS/PES超濾膜和正滲透復(fù)合膜的水通量和截留性能等進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，GO-CS能有效提高PES底膜的親水性和截留性能。改性后底膜的水通量由214 L/(m2·h)增加到333L/(m2·h)，BSA截留率由65.8％增加到99.5％。正滲透復(fù)合膜的性能測試結(jié)果表