電滲析用單價陰離子選擇性透過膜的制備及性能研究.pdf

1、電滲析（ED）技術(shù)由于具有能耗低、環(huán)境污染小和易于放大等特點在海水淡化和污水處理領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。技術(shù)的不斷發(fā)展對離子交換膜的要求更加精細(xì)化，如應(yīng)用于單價與多價陰離子分離的單價陰離子選擇性透過膜（MASM）。目前只有美國、日本等國家有商業(yè)化的MASM產(chǎn)品，我國仍缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能MASM。
　　MASM的制備原理主要包括：①利用“尺寸篩分”原理，通過改變膜的物理結(jié)構(gòu)提高膜的致密度，增加多價陰離子的傳遞阻力以提高單價/多

2、價陰離子選擇性；②利用“Donnan效應(yīng)”，通過在陰離子交換膜表面引入荷負(fù)電基團對膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，削弱多價陰離子通量以提高單價/多價陰離子選擇性。本論文分別圍繞界面聚合和真空抽濾二維層狀材料制備MASM，利用“尺寸篩分”和“Donnan效應(yīng)”的協(xié)同作用實現(xiàn)對單價陰離子的選擇，探索出高通量、高選擇性的單價陰離子選擇性透過膜的可控制備方法。具體研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下：
　　（1）基于界面聚合法制備多孔荷負(fù)電改性層實現(xiàn)單價陰離子選

3、擇。首先合成季銨化殼聚糖（QCS），將其與聚乙二醇（PVA）共混制備陰離子交換膜；然后以此為基膜，將含酸性基團的二胺和均苯三甲酰氯通過界面聚合制備出含固定荷負(fù)電基團的多孔改性層。結(jié)果顯示，基膜中的荷正電季銨基團有利于陰離子的傳輸，使膜具有高的陰離子通量，但是由于季銨基團對一/二價陰離子弱的選擇性，基膜的 P(Cl?/SO42?)值低于2.5；在界面聚合反應(yīng)過程中，由于富苯環(huán)網(wǎng)絡(luò)固有的疏松結(jié)構(gòu)以及酸性基團對–NH2和–COCl間取代反應(yīng)的

4、阻礙作用，所成荷負(fù)電表層具有薄的多孔結(jié)構(gòu)。受益于該結(jié)構(gòu)，雙層膜在獲得較高P(Cl?/SO42?)值的同時保持了一價陰離子通量。其中，當(dāng)界面聚合單體（2’5-二氨基苯磺酸）濃度為0.5％時，膜的P(Cl?/SO42?)值相比基膜提高了4.7倍，而Cl?通量僅僅降低了3.8%。
　　（2）基于季銨化改性氧化石墨烯調(diào)控膜微結(jié)構(gòu)。在氧化石墨烯（GO）表面接枝硅烷偶聯(lián)劑，利用硅烷偶聯(lián)劑上的氨基接枝季銨鹽（2’3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，GTM

5、AC）來制備季銨化 GO（QGO）；然后將 QGO填入 PVA和 QCS混合基質(zhì)中改善基膜的總體性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，均勻分散的QGO抑制了高分子鏈段的運動性，改善了基膜的抗溶脹性能和穩(wěn)定性。此外，QGO高的比表面積有利于其在基膜內(nèi)構(gòu)建連續(xù)的陰離子傳輸通道，促進了陰離子在膜內(nèi)的快速傳輸，同時，其對 Cl?傳輸較強的促進作用賦予雜化膜增加的 P(Cl?/SO42?)值。如填充2.0%的 QGO使基膜在 NaCl溶液中的溶脹度減小了51.3%，其

6、 Cl?通量和P(Cl?/SO42?)值分別提高到8.13 mol s-1 m-2和2.82，相比PVA-QCS共混膜分別提高了55.7%和55.8%。
　?。?）利用二維片層材料有序堆疊制備無缺陷無機薄膜，實現(xiàn)對陰離子的尺寸和電荷篩分。首先制備Ti3C2Tx以及磺酸聚合物刷改性的Ti3C2Tx（STi3C2Tx）納米片，然后分別將其抽濾至QCS改性的商業(yè)化尼龍66微濾膜（N66）表面制備無缺陷無機膜，隨后使用戊二醛進行交聯(lián)。改性