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纳滤膜分离技术在水处理领域得到越来越广泛的应用,目前国内膜市场的很大份额被国外公司占有,其中商业化纳滤(NF)膜和反渗透(RO)膜被国外完全垄断,纳滤膜制备的核心技术尚掌握在发达国家手中,我国鲜有可商品化的性能稳定的国产纳滤膜。现已商业化的大部分商业复合膜(TFC)采用界面聚合(IP)的方法制备,然而大部分通过界面聚合方法制备的芳香类聚酰胺致密层不耐氧化。在膜长期应用过程中时,因氧化膜性能和寿命均下降,大大限制了这类复合膜的应用范围,如何提高纳滤膜的耐氧化性能是亟待解决的关键问题。本论文系统研究了纳滤膜配方、制备工艺、影响因素、改性抗氧化后处理等对膜性能影响较大的因素,探讨了界面聚合过程中铵盐的作用机理,并对纳滤膜在砷污染水体中的应用也做了尝试,取得了如下研究结果: 1)聚醚砜(PES)超滤(UF)基膜的制备。利用相转化法(NIPS)制备了截留分子量(MWCO)在20000~50000Da的PES基膜。在PES浓度一定时,随着PEG的聚合度下降,膜孔径随之下降,且随着PEG的浓度增加(PEG/PVPK-30的比值),膜截面的海绵孔的退化,而指状孔从膜面到聚酯支撑层呈逐渐发展的过程。当PES18%,聚乙烯吡咯烷酮4%(wt%),PEG(MW:200)4%(wt%),氯化锂浓度(LiCI)2%(wt%)时,PES基膜通量是341L/(m2·h),PVP K-30的截留率是92.4%,牛血清蛋白(BSA)的截留率99%以上。 2)界面聚合条件的探索。以上述PES超滤膜作为基膜,采用哌嗪(PIP)作为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体,正己烷为溶剂,研究不同操作条件对纳滤膜(NF)性能的影响。优化后的制膜工艺条件为:水相PIP1.2%(wt%),十二万基磺酸钠(SDS)0.12%(wt%),磷酸钠(Na3PO4)浓度为0.35%(wt%),TMC浓度为0.3%(wt%),正己烷浓度为99.7%(V/W),反应时间为20s,热处理时间为2min,温度为50℃。0.35MPa时,纯水通量为29 L/(m2·h),氯化钠(NaCI)的截留率为31%,硫酸镁(MgSO4)的截留率为94.2%。 3)界面聚合过程中铵盐反应机理的分析及选择。樟脑磺酸-三乙胺(CSA-TEA)、四乙基氯化铵(TEAC)、四丁基溴化铵(TBAB)、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BTMIC)、苄基三甲基氯化铵(BTMAC)、苄基三乙基氯化铵(BTEAC)和十二烷基三甲基氯化铵(DTMAC)等七种常见的铵盐表面活性剂作为添加剂分别添加到水相中,促进界面聚合反应的的进行。结果表明:铵盐添加到水相后对复合纳滤膜表面形态影响明显,胺离子取代基尺寸越大,其表面粗糙度也越大,厚度也随之增加,膜的过滤和截留性能也有明显的改善,而且这些铵盐没有参与界面聚合反应而被结合至活性选择层中,对500ppm的氯化钠溶液的截留率从27.7%提高到46%,而通量变化不大。 4)基膜热稳定性研究。通过在PES基膜铸膜液中添加不同浓度的P25二氧化钛(TiO2),考察其对基膜的热稳定性的影响。随着干燥时间的延长,铸膜液中添加有低浓度TiO2的UF膜通量急剧下降,而添加有高浓度TiO2的UF膜通量衰减程度减缓,且在常温对流干燥90s时,8%的TiO2的基膜通量为初始通量的60.6%,其所对应的纳滤膜,膜通量由32.4 L/(m2·h)增加到37.8 L/(m2·h),而截留率基本不变;而未添加的基膜,通量不到初始通量的15%。 5) TFC膜的抗氧化性改性和除砷应用研究。在TFC致密层表面接枝甲基丙烯酸,以戊二醛(GA)做交联剂,使聚乙烯醇(PVA)和PVP形成一层新的保护层覆盖于膜面,阻止哌嗪聚酰胺被氧化。实验结果表明,新形成的薄膜表面光滑,稳定性好,聚哌嗪酰胺致密层并没有因为接枝过程而破坏,膜的截留率基本保持不变,但通量明显下降。将改性后的纳滤膜应用于处理氧化性(NaCIO)的含砷溶液的过程中,膜通量和截留率基本保持不变,对总As的截留率始终保持在93.5%以上。