相转化法与化学反应结合在膜制备过程中的应用

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抗污染膜的制备是解决膜污染问题的根本途径。本论文以聚丙烯腈(PAN)和聚醚砜(PES)为膜材料,研究了相转化(非溶剂致相和热致相)与化学反应结合的制膜方法对膜性能的影响。具体来说,主要包括以下几个方面:  ⑴以PAN为膜材料,DMF为溶剂,用非溶剂相转化法与化学反应结合制备膜时,研究了不同有机酸对膜性能的影响。实验结果表明:膜的纯水通量与铸膜液中聚合物的浓度的变化是非线性的关系;当铸膜液中加入富马酸(FA)或柠檬酸(CA)时铸膜液的粘度要比加入冰醋酸(GA)的铸膜液的粘度大;存在化学反应时:铸膜液中加入冰醋酸(GA)的膜的断面结构为典型的非对称型膜结构,而加入FA和CA的膜的断面结构为直通型的;铸膜液中加入GA的膜的纯水通量和BSA截留率最高,膜的孔径分布较均匀,对膜性能的贡献率最大且制得膜具有良好的抗压缩性能。  ⑵以PAN为膜材料,DMF为溶剂,GA为添加剂,考察热致相法与化学反应结合时对成膜性能的影响。通过对不同成膜方法(TIPS,CRINIPS和TIPS-CRINIPS)制备出的膜的性能进行比较,实验结果表明:凝胶浴温度对膜的性能有很大的影响,当凝胶浴温度从35℃降到15℃时,膜的断面结构变为连通性较好的非对称型结构,且膜的孔隙率增大,孔径分布更加均匀(0.1μm);利用热致相法(TIPS)亦可以得到孔径分布均匀的膜,但是膜的表面和断面结构都非常的致密;三种成膜方法制备的膜的对BSA的污染模型均是滤饼过滤模型,其中用热致相与引入化学反应的非溶剂致相结合法(TIPS-CRINIPS)制备的膜SSE值最低;当玻璃板温度从80℃降到20℃时,膜的断面结构变为连通性较好的非对称型结构且膜的平均孔径从0.125降到0.097μm。  ⑶以PES为膜材料,DMSO为溶剂,FA为添加剂,考察在非溶剂致相转化法中引入化学反应时,PES膜结构、膜性能和抗污染性能的变化。实验结果表明:在非溶剂相转化法中引入化学反应时,化学反应抵消掉了因溶剂和聚合物溶解能力差带来的影响,且化学反应促进了溶剂与非溶剂间的传递速率,最终得到了孔隙率高的,上部为均匀海绵状孔,下部为规则指状孔的膜结构;在非溶剂相转化法中引入化学反应时,膜的表面粗糙度增大了,亲水性增强了,膜表面的Zeta值变小了,且膜的渗透性能大大提高;用非溶剂相转化与化学反应结合法制备的膜用于过滤活性污泥时,过滤模型属于滤饼过滤,表现出了优越的抗污染性能。
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