抗污染性正渗透膜的研制及其在海水淡化中的应用

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醋酸纤维素(CA)是一种非常易得的人造纤维,并且它还是一种成本低,耐高温、化学性质稳定、机械性能强的膜材料,但由于该材料易降解,抗污染性较差,阻碍了其在海水淡化的进一步应用。本论文选用了醋酸纤维素为膜材料制备了正渗透膜,并以氧化石墨烯、纳米二氧化钛作为改性剂,采用共混改性的方法对正渗透膜进行改性,考察了正渗透膜的纯水通量、表面接触角以及膜的表面和断面结构,并对制备的正渗透膜进行了海水淡化测试。  本论文首先考察了CA含量、溶剂比例、添加剂含量、支撑层的目数以及凝固浴温度对正渗透膜的纯水通量和反向盐通量的影响,确定了醋酸纤维素正渗透膜的最佳工艺参数:醋酸纤维素的质量分数为16%,DMF与丙酮的体积比为1∶0.6,添加剂PEG400的质量分数为4%,在120目的聚酯筛网上刮膜,凝固浴温度为60℃。利用1M NaCl作为驱动液,去离子水作为原料液,在1h的测试时间里,所制备的醋酸纤维素正渗透膜的纯水通量为15 L/m2·h以上,反向盐通量控制在在7.5 g/m2·h以下。  在最佳制膜工艺的基础上,加入了制备的氧化石墨烯,考察了氧化石墨烯的含量、共混温度对膜性能的影响。得到以下结论:氧化石墨烯(GO)的质量分数为0.15%,共混温度为50℃时,所制备的氧化石墨烯/醋酸纤维素共混正渗透膜的性能最佳。利用1MNaCl作为驱动液,去离子水作为原料液,在1h的测试时间里,所制备的膜的纯水通量达到16 L/m2·h以上,反向盐通量控制在7g/m2·h以下。  合成了混晶型的纳米二氧化钛,考察了纳米二氧化钛的含量、共混温度对改性膜性能的影响。得到以下结论:纳米二氧化钛(TiO2)的质量分数为1.25%,共混温度为60℃时,所制备的纳米二氧化钛/醋酸纤维素共混正渗透膜的性能最佳。利用1M NaCl作为驱动液,去离子水作为原料液,在1h的测试时间里,所制备的膜的纯水通量达到10L/m2·h以上,反向盐通量控制在5 g/m2·h以下。  利用接触角测试仪对所制备的正渗透膜进行耐污染性测试:醋酸纤维素正渗透膜的接触角为71.6°,具有一定的亲水性;氧化石墨烯/醋酸纤维素共混正渗透膜的接触角为58.2°,亲水性优于醋酸纤维素正渗透膜;纳米二氧化钛/醋酸纤维素共混正渗透膜的接触角为54.2°,在所制备的三种正渗透膜中亲水性最好。可以看出添加了改性剂后,增强了正渗透膜的亲水性。在改性过程中,纳米二氧化钛的亲水性好于氧化石墨烯。  最后对所制备的正渗透膜进行模拟海水淡化测试,得到以下结论:利用2M葡萄糖作为驱动液,渤海海水作为原料液,在1h的测试时间里,醋酸纤维素正渗透膜的纯水通量整体变化不大,基本稳定在20L/m2·h;氧化石墨烯/醋酸纤维素共混正渗透膜的纯水通量一开始比较大,大约在30L/m2·h左右,但随着时间持续下降,最后阶段基本与改性前膜的纯水通量持平;纳米二氧化钛/醋酸纤维素共混正渗透膜的纯水通量整体比较稳定,基本稳定在25L/m2·h左右。
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