高性能聚酰胺復(fù)合正滲透膜的制備.pdf

1、正滲透技術(shù)作為一種新型的膜分離技術(shù)，由于具有膜污染低、能耗低和產(chǎn)水率高等優(yōu)點(diǎn)，在純水制備、海水脫鹽、發(fā)電和食品濃縮等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。缺乏高性能的正滲透膜是目前制約正滲透技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵難題之一。高性能的正滲透膜應(yīng)具有高水通量、高截鹽率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。本文分別以聚砜、聚丙烯腈納米纖維和碳納米管/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維作為支撐材料，通過(guò)傳統(tǒng)的相轉(zhuǎn)化法和新型的靜電紡絲法兩種方法分別制備多孔支撐層，然后通過(guò)界面聚合制備超薄分離

2、層，優(yōu)化各過(guò)程的工藝條件，開(kāi)發(fā)出了三種高性能正滲透膜，并對(duì)其表面、結(jié)構(gòu)特性以及正滲透性能進(jìn)行表征。
　　在聚砜鑄膜液中加入混合添加劑氯化鋰和聚乙烯吡咯烷酮(PVP, Polyvinyl pyrrolidone)，通過(guò)相轉(zhuǎn)移法制備出多孔支撐層，然后通過(guò)界面聚合制備高性能聚酰胺正滲透復(fù)合膜，重點(diǎn)研究了添加劑和聚砜濃度對(duì)膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，氯化鋰使得膜支撐層指狀孔更加均一，提高孔隙率，并降低海綿層的厚度，提高了水通量;聚乙烯吡

3、咯烷酮(PVP)增強(qiáng)了膜的親水性，并易于成膜，在保持截鹽率的同時(shí)提高了水通量;隨著聚砜濃度增大，支撐層孔隙率變小，海綿狀孔層變厚，生成的聚酰胺層更加致密，加重過(guò)程內(nèi)濃差極化，水通量降低。采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％聚砜同時(shí)添加氯化鋰和PVP的膜支撐層結(jié)構(gòu)均一，孔隙率較大(68.0％)，表面親水性較強(qiáng)（接觸角48.5°），優(yōu)于兩種商用三醋酸纖維素正滲透膜的孔隙率（32.6％和25.4％）和接觸角（76.5°和73.5°）;在正滲透過(guò)程中的自制膜水通

4、量為21.9 L/(m2·h)，均高于相同測(cè)試條件下的兩種商用三醋酸纖維素正滲透膜CTA-NW(cellulose triacetate)和CTA-ES(9.5和14.4 L/(m2·h)以及文獻(xiàn)報(bào)道的正滲透復(fù)合膜通量水平，并維持了一定的截鹽率(鹽通量為19.9 g/(m2·h)，表現(xiàn)出優(yōu)異的正滲透性能。
　　利用靜電紡絲技術(shù)制備了聚丙烯腈(PAN，polyacrylonitrile)納米纖維基膜，通過(guò)界面聚合制備了聚丙烯腈(PA

5、N)納米纖維基聚酰胺正滲透膜。重點(diǎn)考察了聚合物濃度、紡絲液流速和紡絲電壓三個(gè)參數(shù)，分析了聚合物濃度、紡絲液流速和紡絲電壓的等操作條件對(duì)聚丙烯腈基膜的直徑，形貌，拉力強(qiáng)度和孔隙率的影響，并比較了聚丙烯腈(PAN)納米纖維基聚酰胺正滲透膜和常規(guī)復(fù)合膜的正滲透性能。結(jié)果表明，隨著聚砜濃度從8％增加到16％，纖維的直徑從100 nm增大到750 nm，纖維基膜的拉力強(qiáng)度從4.9 MPa增大到36.99 MPa，孔隙率先增加后降低。在優(yōu)化條件（1

6、4％ PAN，電壓15 kV，流速0.5ml/h，接絲距離8 cm，溫度35℃及轉(zhuǎn)速2000 r/min）下能夠制備出直徑550nm、均勻有序、具有較高的拉力強(qiáng)度(27.84 MPa)和孔隙率(91.33％)的納米纖維基膜。以此基膜制備的聚酰胺復(fù)合膜，親水性好（水接觸角為45.4°），水通量高達(dá)179.2 L/(m2·h)，反向鹽通量?jī)H38.7 g/(m2·h)，正滲透性能遠(yuǎn)優(yōu)于目前報(bào)道的正滲透復(fù)合膜水通量(水通量10～50L/(m2·

7、h)，反向鹽通量10～125 g/(m2·h)。
　　為了強(qiáng)化納米纖維基膜的強(qiáng)度，通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備了碳納米管修飾的聚丙烯腈納米纖維膜，通過(guò)在此基膜上界面聚合制備了高性能和高強(qiáng)度的碳納米管/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維聚酰胺正滲透膜。將酸化后的多壁碳納米管(MWNTs，Multi-walled carbonnanotubes)加入到聚丙烯鑄膜液中，分析了PAN/MWNTs基膜及其聚酰胺復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明，碳納米管可使PAN纖維