低压荷正电PVC纳滤膜的结构与性能研究

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纳滤作为一种绿色高效的分离技术,已广泛应用于工业、农业、日常生活的各个领域。本论文围绕聚氯乙烯低压荷正电纳滤膜展开研究,以PVC为主要膜材料,分别采用共混&季铵化交联、表面涂覆交联、共混&涂覆交联的方法制备低压荷正电PVC纳滤膜,考察了制膜条件对纳滤膜结构和性能的影响。具体的研究内容和得到的主要结论概括如下:  以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)的两亲共聚物P(DMA-co-MMA)为共混添加剂,通过相转化法制备出表面富含叔胺基团的活性前体膜,然后采用对二氯苄季铵化交联制备低压荷正电PVC纳滤膜。由于两亲共聚物在溶液相转化过程中的表面富集现象,在铸膜液中添加少量P(DMA-co-MMA)就可以得到高叔胺含量的皮层;控制P(DMA-co-MMA)共混量和交联剂的浓度可以有效控制纳滤膜的致密性、致密层厚度和荷电性,从而对纳滤膜的分离性能进行调控,当两亲共聚物共混量为20%,交联剂浓度为0.8%时,制备的纳滤膜拥有最佳分离性能:0.3MPa下,对10mM的MgCl2截留率为89.1%,通量为22.1L/(m2h);制得的PVC纳滤膜有良好的亲水性;当操作环境的pH为3.0~9.5时,始终保持荷正电特性,对不同无机盐的脱除顺序为Na2SO4<MgSO4<NaCl<CaCl2<MgCl2;抗压性良好,在0.1~0.5MPa范围内通量与压力基本呈线性关系,纳滤膜的分离层与底膜之间结合稳定,在使用的过程中不易脱落,具有较长的使用寿命。  以PVC超滤膜为底膜,通过沉积涂覆聚乙烯亚胺(PEI)和热处理的方式在膜表面构建了通过共价键连接的PEI层,然后通过戊二醛和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)分别对PEI层进行交联和荷正电化,成功制备了PVC-PEI复合纳滤膜:分子量7万和2万两种PEI混用,有利于致密化PEI层的构建;高浓度的EPTAC,有利于膜荷正电性和亲水性的提高;超薄、荷正电的致密PEI纳滤层,赋予复合膜低压下高通量的特性;对刚果红等染料的高截留(RCongo red=98.9%)和对无机盐的低截留(RNaCl≈0),表明该膜可以实现在高通量下对染料和无机盐的有效分离。  以对氯甲基苯乙烯(p-CMS)的自聚物PCMS或P(CMS-co-MMA)为共混添加剂,以PVC为主要膜材料,采用相转化法制备成超滤底膜,然后通过表面涂覆PDMAEMA的方法制备了涂覆层与底膜共价连接的荷正电PVC-PDMAEMA复合纳滤膜。研究发现:PCMS与PVC相容性不好,制备的共混膜结构不均匀,而以P(CMS-co-MMA)为添加剂,通过相转化法制备的超滤底膜结构均匀;制得的PVC-PDMAEMA复合纳滤膜有良好的亲水性,在pH为3.0~10的操作范围内为荷正电膜;通过改变涂覆液浓度,可以有效调控PVC纳滤膜的分离性能:当涂覆液中PDMAEMA浓度为1%时,通量可达17.2 L/(m2h),对于0.1g/L维多利亚蓝B的截留率可达97.8%(0.3MPa)。该膜在较低的压力下就能达到较高的通量,是制备低压荷正电PVC纳滤膜的有效途径。
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