水相/有机相添加剂对聚酰胺复合反渗透膜形貌和性能影响的研究

论文摘要

反渗透是解决本世纪淡水资源短缺问题的关键技术。作为反渗透膜主流的芳族聚酰胺薄层复合膜具有优异的脱盐性能,但通过界面聚合条件调控膜性能的构效关系尚不完全清楚。在界面聚合的水相和有机相加入添加剂,控制薄膜形成动力学,是一种简单而又非常有效的提高膜性能的方法。然而,各种添加剂的物理和化学性质与膜性能之间缺乏相关性。所以,研究水相/有机相添加剂如何影响聚酰胺复合反渗透膜形貌和性能,对制备和设计高性能反渗透膜具有重要意义。本文采用界面聚合的方法,以间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）分别作为水相和有机相单体,在聚砜超滤膜上制备聚酰胺复合反渗透膜,并在1.5MPa、25℃的条件下测定复合膜对2000 ppm Na Cl溶液的渗透选择性能。通过优化界面聚合条件,确定了最佳制膜工艺条件,当未加添加剂时,所制备的TFC-sta膜的水通量和盐截留率分别为43.3 L/（m2h）和99.0%。将TFC-sta膜作为参比膜,通过在界面聚合的水相和有机相中分别加入各种添加剂,研究水相/有机相添加剂对聚酰胺复合反渗透膜形貌和性能影响。主要研究结论如下:（1）选用二甲基亚砜（DMSO）、甲酰胺、乙酰胺等水相添加剂时,复合膜表面粗糙度降低,水接触角变小,所带荷负电量减少,聚酰胺分离层厚度和质量减小、交联度增大。最优条件下所制备的TFC-aqu膜在盐截留率没有明显降低的情况下,水通量较TFC-sta膜最多增加了约130%。水相添加剂对界面聚合反应的影响机制主要是由于降低界面不相容性,促进了胺功能单体MPD向有机相中扩散,从而加快了聚合反应速率,进而形成了薄而致密的聚酰胺分离层。（2）选用环己酮、苯甲醚、苯甲腈等有机相添加剂,复合膜表面粗糙度增大,水接触角和Zeta电位没有明显变化,聚酰胺分离层具有更多更大的空腔且质量和交联度都增大。当有机相添加剂在最优添加量时,其中环己酮在提高膜渗透性能方面最为有效,所制备的TFC-org-环己酮膜在盐截留率没有明显降低的情况下,水通量约是TFC-sta膜的2倍。有机相添加剂对界面聚合反应的影响机制主要是改变了反应区溶剂的组成,从而改变了分离层的表面形态及聚合物链的聚集态。

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类型: 硕士论文

作者: 王彬飞

导师: 孟建强,林松

关键词: 反渗透膜,芳香聚酰胺,添加剂,界面聚合,薄层复合膜

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,无机化工,有机化工

单位: 天津工业大学

分类号: TQ051.893;P747

DOI: 10.27357/d.cnki.gtgyu.2019.000008

总页数: 75

文件大小: 3249k

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标签：反渗透膜论文;  芳香聚酰胺论文;  添加剂论文;  界面聚合论文;  薄层复合膜论文;