Γ-Al2O3/A-Al2O3中空纤维复合膜的制备与性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fist001
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氧化铝(γ-Al2O3)复合膜具有耐酸碱、耐高温和耐有机溶剂等优势而被广泛应用于环境苛刻的膜分离领域。然而y-Al203复合膜的成本高、生产周期长以及渗透性能低等问题成为其目前推广的瓶颈。本课题采用拟薄水铝石为修饰层原料,以羧基化聚苯乙烯(PSA)微球和勃姆石(AlOOH)胶粒形成的自组装微球搭建中间层,实现了中间层与顶层同步烧结,制备出渗透性能良好的γ-Al2O3/α-Al2O3中空纤维纳滤和超滤复合膜。以拟薄水铝石为前驱体,硝酸、冰乙酸及二者的混合酸为解胶剂,采用溶胶-凝胶法制备勃姆石溶胶,并对制备出的溶胶进行水热处理,通过动态光散射(DLS)分析解胶剂和水热处理对溶胶胶粒粒径的影响。利用无皂乳液聚合法制备出粒径为224.7 nm的PSA微球,并通过电位分析仪测试了 PSA微球和勃姆石胶粒表面的Zeta电位。研究结果表明,以混合酸为解胶剂,经水热处理后的溶胶胶粒粒径(27.80 nm)最小;PSA微球和勃姆石胶粒表面带异种电荷,二者混合后可形成稳定的自组装微球(SAMs-1、SAMs-2和SAMs-4),可以用于制备复合膜的中间层。利用自制的α-Al2O3中空纤维微滤膜作为支撑体,通过浸渍-提拉技术在其外表面依次浸涂自组装微球(SAMs-2)和勃姆石溶胶(胶粒粒径27.80 nm),并经一步法煅烧,得到γ-Al2O3纳滤复合膜。通过X-射线衍射仪(XRD)、热重(TG)、电位分析仪、扫描电子显微镜(SEM)和自制过滤装置系统地研究了复合膜的结构及其性能。研究结果表明,中间层和顶层分别由γ-Al2O3中空微球和致密的γ-Al2O3纳米颗粒组成,复合膜纯水渗透性高达26.4 L·m2·h-1·bar-1,对聚乙二醇(PEG)的切割分子量(MWCO)为1500 Da,对氯化物中多价阳离子有较高的截留率,如A13+(90.5%)、Mg2+(83.9%)。为了获得渗透性能良好的γ-Al2O3超滤膜,使用与上述纳滤复合膜相类似的制备方法,分别选择PSA含量(33.3 wt%)高的自组装微球(SAMs-4)和胶粒平均粒径为35.84 nm的勃姆石溶胶设计中间层和顶层。通过物理吸附仪、SEM和动态抗污染测试研究了复合膜的孔径、形貌和性能。研究结果表明,顶层平均孔径为5.6nm,修饰层总厚度为1.0 μm,γ-Al2O3超滤膜纯水通量达205.3L.m-2·h-1·bar-1,对溶菌酶和牛血清蛋白的截留率分别为91.2%和82.0%,对应的通量恢复率分别为 81.5%和 72.2%。
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