含单宁酸仿生分离层制备复合纳滤膜的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zy2000
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水资源短缺已经成为当今社会面临的严峻问题,而染料废水的排放也一直威胁着全球性的水安全。传统的用于处理染料废液的方法包括絮凝、吸收和化学降解等,但是这些过程中往往会带来二次污染问题。相比而言,发展于二十世纪六十年代的膜分离技术节能、高效、环保、操作简单。纳滤膜作为一种压力驱动型分离膜,截留分子量在2001000 Da范围内,可以在废水处理、开发水的再利用方面发挥重要作用。用简单的工艺制备出性能优异的纳滤膜是科学家面临的一大挑战。单宁酸(TA)作为一种天然的植物多酚,具备良好的生物粘附性和丰富的物理化学性能。本文首先利用TA与金属离子的螯合作用,以TA作为有机配体,分别选用过渡金属离子Ag+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Fe3+作为无机交联剂,在超滤膜表面形成稳定的交联网络结构。经过初步筛选发现,当固定二者的比例为1:1时,所得到的TA/Co2+、TA/Ni2+复合纳滤膜的渗透通量分别为42.5 L m-2 h-1 bar-1和45.6 L m-2 h-1bar-1,要比其他的高出34倍。为了进一步研究金属离子浓度对所形成涂层结构的影响,制备了不同比例下的TA/Ni2+涂覆复合纳滤膜。改变TA与金属离子Ni2+的配比从2:1、1:1、1:2至1:3,水通量呈现出先增加后降低的趋势。当调节TA与Ni2+的比例为1:2时,水通量达到最高为56.1 L m-2 h-1 bar-1,此时纳滤膜对有机染料孟加拉玫瑰红的截留率是95.3%。结合TA分子结构中含有的大量酚羟基基团,在水溶液中与聚乙烯亚胺(PEI)之间存在强烈的氢键作用和静电作用,通过一步组装在基底表面形成涂层结构。这部分实验主要考察了TA和PEI的浓度,以及组装层数对于纳滤膜分离性能的影响。研究发现,该法制备的复合纳滤膜的表面带有部分正电荷,对正电性染料的截留更加有效。当PEI的浓度固定时,随着TA浓度的增加,在膜的表面形成的选择层结构更加致密,渗透通量随着TA浓度的增加而降低,对有机染料甲基蓝的截留率从85.5%到99.8%,而对维多利亚蓝B的截留率则是从88.2%提高到了100%。与以TA浓度作为变量不同的是,改变外层PEI的浓度,更多地影响到的是膜表面的亲水性,水接触角从53.1o下降到18.6o,水的渗透通量增加。另外,通过反复组装还可以对该纳滤膜的性能实现进一步调节。
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