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正渗透是一项极具潜力的膜分离技术,它有着其他膜分离过程不具备的优势,例如能源消耗低、分离效率高且分离范围广、膜污染趋势低等,因而在海水淡化、污水处理、渗透膜生物反应器、食品加工、药物释放、发电等工业实用领域具有广阔的应用前景。而纳米纤维由于其内部联通的孔结构和较大的孔隙率,使其适合作为正渗透膜的支撑层以降低浓差极化现象。但是将纳米纤维作为支撑层同时存在一定不足,例如膜机械性能低、表面粗糙度高、孔洞大等,大大降低了正渗透膜的性能。
为了解决上述问题,首先以静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维作为复合正渗透膜的支撑层,在其表面涂覆壳聚糖层作为正渗透膜的过渡层,随后对所得膜进行界面聚合。通过研究可以得出,壳聚糖附着在纤维结点处,有效抑制了纤维在测试过程中发生形变,涂覆壳聚糖的复合支撑层拉伸强度高达30MPa,大大提高了膜的机械性能。同时,壳聚糖有效地填补了纳米纤维之间的孔洞,增强了支撑层与活性层之间的结合强度,为界面聚合反应提供平整的反应界面,有利于形成均匀、连续、致密的聚酰胺薄层。实验结果表明,在壳聚糖浓度为3.8%时,正渗透膜对NaCl的截留率高达97.4%。
在上述研究基础上,为实现对过渡层结构的精确调控,通过静电纺方法在PAN纳米纤维表面制备聚乙烯醇(PVA)纳米纤维,再通过蒸溶的方法将PVA纳米纤维溶解形成超薄的阻隔层作为复合正渗透膜的过渡层,通过对纺丝参数和蒸溶参数的调整实现对过渡层的精确调控。实验结果表明,该方法制备的正渗透膜过渡层具有粗糙度较小的表面,同时PVA改善了膜的亲水性,有利于浓差极化的缓解和水通量的提高。对所制备的复合正渗透膜进行测试,在保持高水通量(129LMH)的情况下,复合正渗透膜具有较低的反向盐通量(4.2gMH),与文献报道的纳米纤维膜相比,具有很大的优势。
本研究通过涂覆和纳米纤维蒸溶法构建过渡层以提高纳米纤维正渗透膜的机械性能、改善界面聚合反应,为后续提高纳米纤维正渗透膜的过滤性能奠定了基础。
为了解决上述问题,首先以静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维作为复合正渗透膜的支撑层,在其表面涂覆壳聚糖层作为正渗透膜的过渡层,随后对所得膜进行界面聚合。通过研究可以得出,壳聚糖附着在纤维结点处,有效抑制了纤维在测试过程中发生形变,涂覆壳聚糖的复合支撑层拉伸强度高达30MPa,大大提高了膜的机械性能。同时,壳聚糖有效地填补了纳米纤维之间的孔洞,增强了支撑层与活性层之间的结合强度,为界面聚合反应提供平整的反应界面,有利于形成均匀、连续、致密的聚酰胺薄层。实验结果表明,在壳聚糖浓度为3.8%时,正渗透膜对NaCl的截留率高达97.4%。
在上述研究基础上,为实现对过渡层结构的精确调控,通过静电纺方法在PAN纳米纤维表面制备聚乙烯醇(PVA)纳米纤维,再通过蒸溶的方法将PVA纳米纤维溶解形成超薄的阻隔层作为复合正渗透膜的过渡层,通过对纺丝参数和蒸溶参数的调整实现对过渡层的精确调控。实验结果表明,该方法制备的正渗透膜过渡层具有粗糙度较小的表面,同时PVA改善了膜的亲水性,有利于浓差极化的缓解和水通量的提高。对所制备的复合正渗透膜进行测试,在保持高水通量(129LMH)的情况下,复合正渗透膜具有较低的反向盐通量(4.2gMH),与文献报道的纳米纤维膜相比,具有很大的优势。
本研究通过涂覆和纳米纤维蒸溶法构建过渡层以提高纳米纤维正渗透膜的机械性能、改善界面聚合反应,为后续提高纳米纤维正渗透膜的过滤性能奠定了基础。