聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维膜及复合膜的制备和应用

摘要

膜分离技术应用于染料废水处理具有能耗低、不产生二次污染、处理效率高、染料回收率高等优势，但一般的膜材料由于不耐高温、不耐酸碱，需要在处理染料之前，对染料溶液进行降温、中和处理，增加了处理成本。同时在染料应用中纳滤膜对染料和盐都具有很高的截留率，不利于染料脱盐，若想回收染料废水中的染料，还需要进一步对染料脱盐处理。针对以上问题，本论文选用一种高性能聚合物一聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为膜材料，它具有较高的热稳定性、化学稳定性和较高的机械性能等。 首先，采用传统的干-湿法制备了PMIA中空纤维超滤膜，分析了纺丝液流变性能、PMIA膜的特殊形貌，系统的研究了聚合物、氯化锂(LiCl)、聚乙烯吡咯烷酮k15(PVP-k15)以及二氧化钛(TiO2)含量对膜结构和性能的影响。并测试了致密型PMIA/TiO2中空纤维超滤膜对染料和盐的分离性能，对硫酸钠(Na2SO4)、硫酸镁(MgSO4)、氯化镁(MgCl2)、氯化钠(NaCl)四种无机盐的截留率均小于5％，对刚果红、活性黑5的截留率分别为99.56％、98.75％。所以其适合对分子量大的阴离子染料进行脱盐提纯。 其次，选用自制的PMIA中空纤维超滤膜为基膜，通过赖氨酸(L-lysine)和均苯三甲酰氯(TMC)界面聚合制备出一种具有盐响应性和pH响应性的复合纳滤膜。探究了单体浓度对膜性能的影响;用傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电镜(FESEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、Zeta电位仪、水接触角等测试表征了膜表面形貌和性能;然后探究了盐浓度（离子强度）和pH对复合膜性能的影响;并利用盐响应性，测试了膜溶胀前后对盐和染料的分离性能。结果表明以赖氨酸为水相单体制备的复合膜表面含有大量的羧基基团，还具有较强的亲水性和负电性;并且两种响应性都可以使复合膜表面发生溶胀;溶胀后膜的盐截留率下降，染料截留率下降，通量上升了3倍多，但对大分子染料亮蓝G仍保持99.65％的截留率;而且溶胀后复合膜，可以将甲基橙和亮蓝G完全分离开来。同时复合膜具有较好的抗污染性和耐高温性，其通量恢复率可达94.23％。

目录

声明

摘要

第一章前言

1．1高性能聚合物中空纤维膜的研究进展

1．1．1聚酰亚胺类

1．1．2聚芳醚砜类

1．1．3全氟类聚合物

1．1．4芳香杂环类聚合物

1．1．5聚苯硫醚类

1．1．6芳香聚酰胺类

1．1．7膜材料的选择

1．2高性能聚合物中空纤维复合膜的制备

1．3分离膜在染料废水中的应用

1．4本课题研究的目的和内容

第二章聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维膜的制备

2．1实验部分

2．1．1实验原料和试剂

2．1．2实验仪器

2．1．3 PMIA中空纤维膜的制备

2．2 PMIA中空纤维膜结构和性能的测试

2．2．1 PMIA纺丝液的流变性能测试

2．2．2 PMIA中空纤维膜形貌观察

2．2．3 X射线能谱测试

2．2．4膜表面亲水性测试

2．2．5膜表面电位测试

2．2．7膜渗透通量和截留性能测试

2．3结果与讨论

2．3．1 PMIA纺丝液的流变性能分析

2．3．2 PMIA中空纤维膜的微观形貌

2．3．3外凝固介质组成对表面形貌的影响

2．3．4聚合物浓度对膜渗透性的影响

2．3．5添加剂对膜结构和性能的影响

2．3．6 TiO2对膜渗透通量和截留性能的影响

2．3．7 TiO2对膜亲水性的影响

2．3．8 TiO2对膜机械性能的影响

2．3．9 PMIA／TiO2中空纤维膜表面性能

2．3．10 PMIA／TiO2中空纤维膜的染料脱盐性能

2．4结论

第三章PMIA中空纤维复合纳滤膜的制备和应用

3．1实验部分

3．1．1实验原料和试剂

3．1．2实验仪器

3．1．3 PMIA中空纤维复合纳滤膜的制备

3．2 PMIA中空纤维复合纳滤膜结构和性能的表征

3．2．1膜结构的观察(SEM、AFM)

3．2．2 FTIR、XPS测试

3．2．3膜表面水接触角测试

3．2．4膜表面Zeta电位测试

3．2．5膜孔径大小及分布测试

3．2．6膜渗透通量的测定

3．2．7膜截留性能测试

3．2．8膜抗污染测试

3．3实验结果与讨论

3．3．1单体浓度对复合膜性能的影响

3．3．2复合膜的形貌

3．3．3复合膜的表面性能分析

3．3．4复合膜的盐响应性、pH响应分析

3．3．5复合膜的孔径分析

3．3．6复合膜对盐的分离性能

3．3．7复合膜对不同染料的分离性能

3．3．8盐浓度、溶液pH对复合膜染料分离性能的影响

3．3．9复合膜的耐热性和防污染性能分析

3．3．10复合膜混合染料的分离性能

3．3．11复合膜混合染料分离的长期稳定性分析

3．4本章结论

第四章结论和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢