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为了进一步提高聚酰亚胺(PI)超滤膜的抗碱性,拓宽其在废水处理中的应用范围,本文以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,聚酰胺酸(PAA)为膜材料,聚砜(PS)为改性剂,聚乙二醇(PEG)为添加剂,采用相转化法制备了聚酰亚胺/聚砜共混平板超滤膜。
在膜的制备过程中,研究了铸膜液中聚酰胺酸浓度、聚砜用量、添加剂分子量与用量、挥发时间、凝胶浴组成与温度等铸膜条件对超滤膜水通量、截留率、孔隙率、膜孔大小与分布等分离性能指标和形态结构的影响。结果表明,随着铸膜液中聚酰胺酸浓度的增加,膜的截留率升高,通量减小,孔隙率也随之降低;而聚砜用量的增加会使膜的截留率减小,膜通量增加,且膜表面变得非常粗糙。聚乙二醇的分子量不同,用量不同时,膜的形态结构和分离性能会发生很大的变化。随着聚乙二醇用量的增加,共混膜断面由海绵状向指孔状和大孔状逐渐过渡,膜通量大幅增加,截留率大幅度下降。挥发时间、凝胶浴组成和温度,均对超滤膜的结构和分离性能有重要的影响。通过对上述各因素的研究和分析得出共混超滤膜的最佳铸膜条件为:在铸膜液中聚酰胺酸浓度14wt%,聚砜含量9wt%,PEG400含量8wt%~10wt%;湿膜在25℃空气中的挥发时间60s,纯水凝胶浴的温度20℃。在此条件下制备的超滤膜具有优良的分离性能。
通过考察膜通量、截留率和膜外观特征,对膜热稳定性和化学稳定性进行了研究。结果表明,共混膜在90℃的热水中浸泡30min后,对PEG10000的截留率还能达到80%以上,而且膜的形态没有发生变化。此外,在2000mg/LNa2S和5000mg/LH2O2溶液中分别浸泡12天后,截留率仍为90%左右。在耐酸碱试验中,共混膜与聚酰亚胺膜相比有了更好的耐碱性,耐受最高pH值由11提高到了12以上,使其能在较高的pH值环境中应用。同时,膜的耐酸性也有一定的改善,在pH值3的H2SO4溶液浸泡一定时间后,膜通量仍能保持在40L/(m2·h)左右。
将制备的聚酰亚胺/聚砜共混超滤膜用于制革脱毛废液、染色加脂废液和脱灰废液的处理,通过对废液CODcr、总氮、盐分、硫化物和色度的测定,研究了不同操作压力、进液温度、膜面流速和废水pH值等因素对膜分离性能的影响。结果表明,脱毛废液分离过程中,在跨膜压力0.08MPa,废液温度40℃,膜面流速1m/s条件下,废液中CODcr和SS的去除率均达到90%以上,总氮和硫化物的去除率分别达到了72%和45%。染色加脂废水液分离过程中,在操作压力0.07MPa和废液温度20℃~30℃下,膜对废水色度的去除率大于98%,对CODcr的去除率大于70%,同时废液pH值也由3~4提高到了5~6。脱灰废液分离过程中,在废液pH值9~10,废液温度25℃,跨膜压力0.07MPa下,膜对CODcr的去除率为89%,对总氮和SS的截留率分别达到了83%和93%。
这些研究结果为共混超滤膜的制备、膜性能的提高和改进,以及共混超滤膜在工业废水处理中的应用提供了依据。