聚醚砜中空纤维膜的制备及渗透汽化分离水中有机污染物

摘要

渗透汽化是一种高效、节能的膜分离技术，特别适用于分离组分含量较少的混合物。近几年来，渗透汽化膜分离技术在含有机物废水处理方面的研究倍受人们的关注，该技术在处理低浓度有机废水，特别是含易挥发有机污染物（VOCs，如1，2-二氯乙烷、苯、三氯乙烯、氯苯、1，1，2，2-四氯乙烷和甲苯）废水时具有独特的优势。
　　本文以聚醚砜(PES)为主要原料，制备了聚醚砜、聚醚砜-聚酰亚胺(PES-PI)、聚醚砜-聚醚酰亚胺(PES-PEI)共混中空纤维膜，研究了中空纤维膜在分离VOCs/H2O体系时渗透汽化性能。实验中研究了纺丝条件（空气暴露距离和凝固浴温度）和渗透汽化操作条件（水样浓度、温度和流速）对中空纤维膜分离性能的影响，并提出了理论性解释。
　　实验结果表明:用PES中空纤维膜处理水样时，水样浓度增大，分离系数减小而渗透通量增大;随着水样温度升高，通量逐渐增加，分离系数逐渐减小，且温度和通量的关系符合Arrhenius方程;水样流速增大，分离系数和通量都有所增加。
　　当PI含量达到聚合物总量的41wt.％时，PES-PI中空纤维膜的分离性能最好，得到PES-PI膜的最佳纺丝条件为:空气暴露距离7cm、凝固浴温度45℃。水样浓度、温度和流速对PES-PI膜分离性能的影响趋势与PES膜类似;当PEI含量达到聚合物总量的30wt.％时，PES-PEI中空纤维膜的分离性能最好。纺丝条件和渗透汽化条件对PES-PEI膜的影响趋势与PES-PI膜基本相同。
　　PES-PI、PES-PEI共混中空纤维膜的渗透汽化性能还与VOCs分子大小有关，选择性顺序与VOCs的分子大小顺序相反。当暴露距离为7cm、凝固浴温度为45℃时，PES-PEI中空纤维膜对于20℃、0.04 wt.％ VOCs/H2O分离效果较好，1，2-二氯乙烷、苯、三氯乙烯、氯苯、1，1，2，2-四氯乙烷和甲苯的分离系数分别为7070、5923、5759、3952、3511和3205，远大于文献中所报道的值，说明PES-PEI共混中空纤维膜在处理水中有机污染物方面具有工业化前景。

目录

摘要

1 绪论

1．1 处理水中有机污染物的重要意义

1．1．1 水中有机污染物的危害

1．1．2 目前水中有机污染物的主要处理技术

1．2 渗透汽化膜技术

1．2．1 膜的定义及种类

1．2．2 渗透汽化膜的分离原理及传质过程机理

1．2．3 渗透汽化膜的性能指标及影响因素

1．2．4 渗透汽化膜的应用

1．3 特种高分子膜材料——聚醚砜

1．3．1 聚醚砜简介

1．3．2 聚醚砜在膜分离领域中的应用

1．3．3 聚酰亚胺、聚醚酰亚胺分离膜

1．4 课题的提出及内容

2 实验部分

2．1 实验材料

2．1．1 化学试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 中空纤维膜的制备

2．2．1 PES中空纤维膜的制备

2．2．2 PES-PI共混中空纤维膜的制备

2．2．3 PES-PEI共混中空纤维膜的制备

2．3 渗透汽化实验

2．3．1 渗透汽化性能的计算方法

2．3．2 实验装置

2．3．3 膜性能的测试

3 PES中空纤维膜渗透汽化性能研究

3．1 PES中空纤维膜渗透汽化性能

3．1．1 水样浓度对渗透汽化性能的影响

3．1．2 水样温度对渗透汽化性能的影响

3．1．3 水样流速对渗透汽化性能的影响

3．2 本章小结

4 PES-PI共混中空纤维膜渗透汽化性能研究

4．1 中空纤维膜制备条件对渗透汽化性能的影响

4．1．1 PI的含量对渗透汽化性能的影响

4．1．2 空气暴露距离对渗透汽化性能的影响

4．1．3 凝固浴温度对渗透汽化性能的影响

4．2 操作条件对渗透汽化性能的影响

4．2．1 水样浓度对渗透汽化性能的影响

4．2．2 水样温度对渗透汽化性能的影响

4．2．3 水样流速对渗透汽化性能的影响

4．3 本章小结

5 PES-PEI共混中空纤维膜渗透汽化性能研究

5．1 中空纤维膜制备条件对渗透汽化性能的影响

5．1．1 PEI的含量对渗透汽化性能的影响

5．1．2 空气暴露距离对渗透汽化性能的影响

5．1．3 凝固浴温度对渗透汽化性能的影响

5．2 操作条件对渗透汽化性能的影晌

5．2．1 水样浓度对渗透汽化性能的影响

5．2．2 水样温度对渗透汽化性能的影响

5．2．3 水样流速对渗透汽化性能的影响

5．3 渗透汽化和简单蒸发过程对VOCs选择性比较

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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