基于单宁酸的聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备及性能研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:blueskyjandy
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目前,纳滤膜最主要的应用是有机物的脱除和饮用水的软化。在浓缩和脱盐领域,纳滤膜逐渐代替了传统的一些分离方式,如加热蒸发、离心分离等。在我国,纳滤膜市场规模只有反渗透膜的1/10,国内能生产纳滤膜的企业非常少,因此在纳滤膜的使用规模和应用领域上有很大的拓展空间。本文以亲水改性后的聚四氟乙烯(PTFE)平板微孔膜作为基膜,以天然材料单宁酸(TA)为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体,通过界面聚合反应在亲水PTFE基膜表面制备TA-TMC复合纳滤膜。逐一探究水相单体TA的浓度、油相单体TMC的浓度、浸渍在TA中的时间、界面聚合时间、热处理温度以及热处理时间这6个因素对TA-TMC复合纳滤膜的分离性能的影响规律(错流过滤MgSO4溶液和刚果红染料溶液),得到制备TA-TMC复合纳滤膜的最佳工艺条件;通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、接触角测量仪、固体Zeta电位分析仪分别研究TA-TMC复合纳滤膜的表面化学结构、表面微观形貌,亲水性能以及表面荷电性;利用错流过滤装置测试TA-TMC复合纳滤膜的截留分子量(MWCO)、纯水通量和对3种染料(刚果红、甲基蓝和结晶紫)的分离性能。最终得到了以下结果:(1)制备TA-TMC复合纳滤膜的过程中,随着TA浓度的增加,TA-TMC复合纳滤膜对MgSO4和刚果红染料的截留率都增大,渗透通量都减小,最后截留率和通量都会逐渐趋于一个稳定值。随着TMC浓度的增加、浸渍在TA中时间的延长、热处理温度的上升或者热处理时间的延长,TA-TMC复合纳滤膜对MgSO4和刚果红染料的截留率先增大后减小,渗透通量先减小后增大。随着界面聚合时间的延长,TA-TMC复合纳滤膜对MgSO4和刚果红染料的截留率先增大后缓慢减小,渗透通量先减小后缓慢增大,并且最后截留率和通量都会逐渐趋于稳定。综合考虑对截留率和渗透通量的影响,确定TA-TMC复合纳滤膜的最佳制备条件为:TA浓度为2.5wt%,TMC浓度为0.7wt%,浸渍在TA中时间为15min,界面聚合时间为5min,热处理温度为60℃,热处理时间为15min(水相添加剂十二烷基硫酸钠(SDS)浓度为0.05wt%,NaHCO3浓度为1.5wt%)。在该条件下制备的复合纳滤膜对MgSO4的截留率低于40%,但对刚果红染料的截留率高达97.98%,通量为2.17 L·m-2·h-1(测试压力0.2MPa,测试温度25℃)。(2)红外光谱分析结果表明:水相单体TA和油相单体TMC在亲水PTFE基膜表面发生界面聚合反应生成了聚酯;通过扫描电镜分析可进一步证明TA和TMC发生反应,并观察到亲水PTFE膜上成功合成了一层薄的聚酯层,分离层呈疏松结构;TA-TMC复合纳滤膜的水接触角为48.34°,表明其具有良好的亲水性能;TA-TMC复合纳滤膜的Zeta电位为-48.74mV,表明其为荷负电膜。(3)TA-TMC复合纳滤膜的截留分子量为520Da;随着压力从0.2MPa升到0.6MPa,复合膜的纯水通量从6.15 L·m-2·h-1升至18.73 L·m-2·h-1;TA-TMC复合纳滤膜对3种染料的截留率排序为:结晶紫(90.34%)<甲基蓝(96.85%)<刚果红(97.98%),这是Donnan离子排斥效应和孔径筛分效应综合作用的结果。
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