新型有机/无机杂化荷负电纳滤膜的制备及性能研究

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在生化、制药、食品、印染等现代工业中常常会遇到从有机物组分中分离去除微量电解质的实际问题,纳滤技术作为一种高效节能环保的分离技术已在有机物脱盐领域得到了广泛应用。但是,传统纳滤技术对一价盐和有机物的分离可以达到理想的效果,对二价盐的去除仍然存在一定的挑战。为此,本文通过共混-相转化的方法制备了一系列具有疏松表皮层的荷负电纳滤膜,期望该膜可以实现对有机物有较高截留率的同时,对无机盐尤其是二价或高价金属离子具有较高的透过性能。本文的主要研究内容如下:(1)在埃洛石纳米管(HNTs)表面接枝硅烷偶联剂3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS),用沉淀共蒸馏的方法通过与二乙烯基苯(DVB)的游离基聚合反应在HNTs表面引入苯环,然后经过磺化反应得到表面含有磺酸根的HNTs-SO3H杂化亚微粒。最后将其与聚醚砜(PES)共混制备HNTs-SO3H/PES荷负电杂化纳滤膜。利用扫描电镜(SEM)、接触角及分离性能测试等方法对膜的形貌、性能进行表征。研究表明,和空白膜相比,杂化膜的亲水性得到明显提高,并且表面更光滑。杂化膜的离子交换容量达到了0.05mmol/g,比空白膜提高了59.4%。在压力为0.4MPa时,杂化膜对染料的截留率保持在85%以上,对MgSO4和MgCl2的截留率分别为13.63%和7.5%。(2)在HNTs表面锚定硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS),然后接枝引发剂2-溴异丁酰溴,再通过ATRP在HNTs表面聚合苯乙烯磺酸钠(NASS)制备荷电材料HNTs-poly(NASS),最后与PES共混制备HNTs-poly(NASS)/PES荷负电杂化纳滤膜。当HNTs-poly(NASS)的含量从0提高到3%,膜的接触角从83.5o降低到59.3o。对PEG的截留实验表明,膜的截留分子量在700g/mol,而孔径为0.7nm左右。在0.4MPa时,对染料的截留率保持在85%以上,对MgSO4和MgCl2的截留率分别为13.63%和7.5%,且截留顺序为Na2SO4> MgSO4> MgCl2> NaCl。(3)通过溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅微球并在其表面接枝引发剂2-溴异丁酰溴,再通过ATRP在微球表面聚合苯乙烯磺酸钠得到SiO2-poly(NASS)纳米复合材料,最后与PES共混制备SiO2-poly(NASS)/PES荷负电杂化纳滤膜。当SiO2-poly(NASS)的含量为3%时,膜的接触角为57.3o,和空白膜相比,降低了31.4%。膜的孔径基本保持在0.7nm左右;在0.4MPa时,对染料和无机盐的截留率分别在85%和15%。因此,鉴于以上三种荷负电纳滤膜对染料和无机盐明显的截留差异,有望应用于活性染料的脱盐等领域,尤其是对二价及其高价金属离子的脱除,为染料的纯化奠定了基础。
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