二醋酸纤维素/三醋酸纤维素共混正渗透膜的制备与性能研究

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正渗透是一种新兴的膜处理技术,由于其较低的能耗量、低污染、常温下操作、不需要外加压力、易于操作,在污水处理、食品加工、海水淡化、医药以及能源方面,已经显现出或者正在显现出潜在的利用价值。但是在实际应用中,仍旧处在实验探索的阶段。正渗透走向商业化的关键是,寻找合适的膜和驱动液,以及消减浓度极化对水通量的影响,这仍旧是一个难题,世界各国的许多研究者正在进行不断的努力,对此进行不断的完善。本论文拟用二醋酸纤维素(CDA)和三醋酸纤维素(CTA)作为正渗透的膜材料,1,4-二氧六环、丙酮和甲醇作为溶剂,乳酸作为添加剂,采用相转化的方法制备正渗透膜,并对制备的正渗透膜进行性能表征。论文考察了醋酸纤维素正渗透膜制备过程中的影响因素,分别从不同的溶剂体系、聚合物的不同浓度、添加剂含量、水浴温度、聚酯筛网目数、CDA与CTA的共混比例、共混温度、热处理温度、刮膜时铸膜液温度等方面考察对正渗透膜的影响。确定了CDA/CTA共混正渗透膜的最佳制备条件为:溶解体系为1,4-二氧六环,聚合物浓度为8.96%,添加剂含量为3.5%,水浴温度为15℃,聚酯筛网目数为120目,CDA:CTA=7:1,共混温度为60℃,热处理温度为70℃,刮膜时候铸膜液温度为30℃。所制备的正渗透膜的水通量约为5L/m2·h,截留率约为98%。由于正渗透过程不需要外加压力,靠渗透压差提供动力,但是在实际测量时膜的水通量低于计算值,这是由于浓度极化现象造成的。如何减小浓度极差,增加膜的水通量,成为研究的一个难点和热点。论文从正渗透膜的支撑层朝向、驱动液浓度和蠕动泵转速三个方面研究了膜分离过程中的影响因素,选择支撑层朝向驱动液、葡萄糖的最佳浓度为4M、蠕动泵的转速为100rad/min作为最佳的膜分离条件。实验中还制备了醋酸纤维素/纳米二氧化钛共混正渗透膜,以改变膜的性能。分别从共混温度、纳米二氧化钛添加量和水浴温度三个方面考察对制备醋酸纤维素/纳米二氧化钛共混正渗透膜的影响。确定了制备醋酸纤维素/纳米二氧化钛共混正渗透膜的条件为:共混温度70℃,纳米二氧化钛添加量0.1%,水浴温度为15℃。此时制备的正渗透膜的水通量约为5.5L/m2·h,截留率约为98%。最后,对制备的正渗透膜进行性能测试,并与购买的美国HTI公司生产的三醋酸纤维正渗透膜进行比较,发现制备的正渗透膜与购买的正渗透膜还有一定的差距。实验中对制备的正渗透膜进行耐污染性初探,并对污染机理进行初步的探讨。本文还对制备的正渗透膜进行海水淡化初步测试,为后续研究提供一定的实践参考。
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