納米纖維素復(fù)合納濾膜的制備與性能研究.pdf

1、納米纖維素是一種可再生和可持續(xù)的有機(jī)納米材料，具有良好的機(jī)械性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、容易功能化改性的表面、高的比表面積等性能，在增強(qiáng)復(fù)合物、食品包裝、納米紙、生物醫(yī)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用研究。因納米纖維素具有強(qiáng)親水性和容易形成纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，近年來在水處理膜分離領(lǐng)域引起了研究者的廣泛關(guān)注。另外，隨著對于工業(yè)產(chǎn)品“全生命周期”的要求，納米纖維素有望成為膜材料的一個新發(fā)展方向。
　　針對現(xiàn)有過濾法等制備的納米纖維素膜僅能應(yīng)用于微濾或

2、超濾過程，以去除細(xì)菌、病毒和進(jìn)行油水分離等為目的，在精細(xì)分離等方面尚難發(fā)揮有效作用，開展以納米纖維素為關(guān)鍵材料制備新型復(fù)合納濾膜的研究有望拓展其在膜領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本論文以羧甲基化的納米纖維素（CNF）為原料，首先采用真空抽濾法，以聚丙烯腈超濾膜為支撐底膜制備了納米纖維素納濾膜;為了進(jìn)一步提高該膜的穩(wěn)定性及分離性能，分別將納米纖維素與碳納米管(MWCNTs)、氧化石墨烯(GO)這兩種碳納米材料共混，制備了納米纖維素/碳納米材料混

3、合基質(zhì)膜。其次，為了制備以納米纖維素單一材料為分離層的復(fù)合膜，采用涂敷法制備納米纖維素納濾膜，考察了影響納米纖維素鑄膜液與聚砜超濾支撐膜結(jié)合能力的主要因素，分別制備了未交聯(lián)的和經(jīng)戊二醛交聯(lián)的納米纖維素膜，研究了交聯(lián)劑戊二醛對納濾膜分離性能及穩(wěn)定性能的影響。最后，論文開展了基于涂敷法摻雜碳納米材料的納米纖維素交聯(lián)膜研究，分別以碳納米管和氧化石墨烯為分散相，制備了納米纖維素/碳納米材料混合基質(zhì)納濾膜，探究了無機(jī)納米粒子對納米纖維素聚集形態(tài)及

4、膜分離性能的影響。具體內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)采用真空抽濾法，制備了納米纖維素納濾膜。結(jié)果表明:抽濾用納米纖維素質(zhì)量為0.2mg時（膜片面積為12.56cm2），制備的納濾膜對Na2SO4的截留率為67.4％，且該膜在水中長時間運(yùn)行或浸泡后，易因納米纖維素極強(qiáng)的親水性導(dǎo)致分離層溶脹甚至脫落。
　　(2)為了提高真空抽濾納米纖維素膜的穩(wěn)定性及分離性能，將納米纖維素與碳納米材料進(jìn)行共混，分別制備了納米纖維素/碳納米管和納米纖

5、維素/氧化石墨烯混合基質(zhì)納濾膜。結(jié)果表明:加入碳納米材料共混后，膜的形貌結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)均表現(xiàn)出碳納米材料固有的性質(zhì)特征;當(dāng)MWCNTs∶CNF質(zhì)量比為1∶1時，膜的分離性能最優(yōu)，對Na2SO4的截留率達(dá)71.2％;當(dāng)GO∶CNF質(zhì)量比為0.5∶1時，膜的分離性能最優(yōu)，對Na2S04的截留率達(dá)80.7％。
　　(3)對納米纖維素分散液進(jìn)行酸化處理，采用涂敷法制備了未交聯(lián)的與經(jīng)戊二醛交聯(lián)的納米纖維素納濾膜。結(jié)果表明:pH為影響納米纖維

6、素鑄膜液與聚砜超濾支撐膜結(jié)合能力的主要因素;經(jīng)過戊二醛交聯(lián)的納米纖維素納濾膜顯示出更好的截鹽性能及穩(wěn)定性能;0.5wt％濃度納米纖維素鑄膜液制備的交聯(lián)膜對四種無機(jī)鹽離子的截留率按大小排序依次為Na2SO4、NaCl、MgSO4、MgCl2，對橙黃G和剛果紅的截留率均達(dá)95％以上，表明該復(fù)合膜在分離不同鹽離子及截留小分子污染物等方面有一定的應(yīng)用潛能。
　　(4)分別將酸化改性的碳納米管和氧化石墨烯摻入交聯(lián)的納米纖維素納濾膜中，采用涂

7、敷法制備了混合基質(zhì)膜，探究了碳納米材料的加入對納米纖維素聚集形態(tài)及膜分離性能的影響。結(jié)果表明:碳納米管的加入，使其與納米纖維素間發(fā)生一定程度的相分離，產(chǎn)生了額外的分子通道，一定程度上增大了膜的通量，截留率則稍有下降;氧化石墨烯的加入并未明顯改變納米纖維素的聚集形態(tài)，并且無法在膜內(nèi)形成有效的分子通道，反而因其致密無孔的片層結(jié)構(gòu)，阻擋了水分子在垂直方向上的傳遞，降低了膜的通量，而對截留率無明顯影響。
　　綜上所述，本論文分別采用真空抽