基于甜菜碱基哌嗪衍生物聚酰胺纳滤膜的制备及性能研究

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纳滤是一种介于超滤与反渗透之间的压力驱动膜过程。它具有分离效率高、操作简单、无相变、节能环保等特点,在脱盐、饮用水制备、废水处理、制药行业、食品行业等领域有着广泛应用。近年来,随着被分离体系的日益复杂,纳滤膜面临着更高的性能要求。本论文从膜材料设计的角度出发,合成了两性离子胺类单体,通过界面聚合制备聚酰胺纳滤膜,系统地研究了两性离子单体对膜结构、分离性能及耐污染性能的影响。首先,通过N-氨乙基哌嗪(AEP)与1,3-丙磺内酯(1,3-PS)反应,合成了磺化N-氨乙基哌嗪(AEPPS)。采用傅里叶转换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(NMR)对其进行化学结构鉴定。以AEPPS与均苯三甲酰氯(TMC)进行溶液界面聚合反应,探讨AEPPS与TMC的界面聚合的可行性。研究结果表明,AEPPS与TMC能够进行界面聚合反应,提高单体浓度,可获得宏观可见的界面聚合膜。以哌嗪(PIP)和TMC为反应单体,探索了界面聚合制备纳滤膜的条件。获得了合理的制膜条件为:PIP浓度为0.35 wt%, TMC浓度为0.2 wt%,后处理温度为50℃,水相pH值为12。以此为基础,AEPPS和PIP作为水相单体,与TMC进行界面聚合反应制备含两性离子聚酰胺纳滤膜。采用FTIR、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜、原子力显微镜和接触角测试表征纳滤膜的化学结构、表面形貌和亲水性。实验结果表明,含两性离子纳滤膜的通量和耐污染性得到一定程度的改善,且具有好的稳定性。以1 g L-1 K2SO4为进料液,AEPPS含量为3.2 mo1%的纳滤膜NFM-4通量为43.1 L m-2 h-1,为不含两性离子纳滤膜NFM-0通量的近两倍。纳滤膜NFM-4在牛血清白蛋白溶液中运行,通量回复率为93%,高于纳滤膜NFM-0的83%。相比于NFM-0,细菌S.epidermidis在NFM-4膜表面的吸附量降低了50%,细菌S.maltophilia的吸附量降低了98%。采用二次界面聚合法,以初生态PIP-TMC界面聚合膜与AEPPS单体反应,制备表面两性离子含量多的聚酰胺纳滤膜。探讨了二次界面聚合水相单体浓度、溶液pH、浸没时间以及两次界面聚合间隔时间对纳滤膜性能的影响。在AEPPS浓度为2.4 wt%,水相溶液pH为12,浸没时间为120 s,两次界面聚合间隔时间为20 s等条件下制备了纳滤膜,其对1 g L-1 K2SO4进料液的通量为60 L m-2 h-1,截留率为98.5%。二次界面聚合纳滤膜表现出了高的通量及好的稳定性。
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