论文部分内容阅读
本文采用溶胶-凝胶法制备TiO2纯溶胶，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP K90)和聚乙烯醇(PVA)为添加剂，以自制的中空纤维陶瓷膜和商业陶瓷膜为基膜，利用浸渍提拉法进行表面改性并制备了TiO2/Al2O3复合超滤膜。通过ZLS、SEM、接触角、渗透通量、分离性能、抗污染测试等表征方法讨论了溶胶与膜浸渍过程的制备工艺对膜结构、膜性能及其抗污染性能的影响。 本研究主要内容包括：⑴采用相转化法结合高温烧结方式制备了具有海绵状和指状孔结构的α-Al2O3中空纤维基膜，基膜的平均孔径为440 nm，纯水通量为1200 L·m-2·h-1·bar-1。采用溶胶方法制备TiO2纯溶胶，讨论了H+/Ti4+的摩尔比、胶溶温度、溶胶粒子浓度等条件对TiO2纯溶胶的溶胶粒径和溶胶稳定性的影响，确定了TiO2纯溶胶的制备条件为:H+/Ti4+=0.5;胶溶温度为70℃;溶胶粒子浓度为0.2 mol·L-1。以PVP和PVA为添加剂制备TiO2涂膜溶胶，采用溶胶-凝胶法对α-Al2O3中空纤维基膜进行表面改性并制备了TiO2/α-Al2O3复合超滤膜，讨论了添加剂含量对溶胶粒径、溶胶稳定性及TiO2/α-Al2O3复合超滤膜纯水通量、截留率及抗污染性等膜性能的影响。根据SEM和实验结果，确定了涂膜溶胶的制备条件为:PVP浓度为4％，PVA浓度为1％，且体积比为TiO2sol∶ PVP∶ PVA=3∶2∶1。在此条件下，TiO2涂膜溶胶的溶胶粒径为157 nm，所制备的TiO2/α-Al2O3复合膜纯水通量为273 L·m-2·h-1·bar-1，对葡聚糖70000的截留率为88.0％，经牛血清蛋白(BSA)污染后，纯水通量恢复率为99.0％，渗透通量的衰减率为58.3％。⑵以商业陶瓷膜为基膜分别进行了浸渍时间、涂覆次数及涂覆方式的研究，结果表明，增长浸渍时间、涂覆次数或每轮涂覆次数，均能增加分离层厚度，制备分离层完整无缺陷的复合膜，且纯水通量逐渐下降，对葡聚糖的截留率逐渐增加，抗污染性能提高。同时，当每轮涂覆1次，共进行两轮浸渍干燥涂膜时，最优浸渍时间为30 s，其纯水通量为149 L·m-2·h-1·bar-1，对葡聚糖70000的截留率为86.9％，平均纯水通量恢复率为99.3％，渗透通量衰减率为32.6％;当浸渍时间为20 s，每轮涂覆1次时，最优涂覆次数为3次，其纯水通量为123 L·m-2·h-1·bar-1，对葡聚糖70000的截留率为88.3％，两轮平均纯水通量恢复率为91.2％，渗透通量衰减率为43.81％;当浸渍时间为20 s，共浸渍干燥焙烧2次时，每轮最优涂覆次数为2次，其纯水通量为165 L·m-2·h-1·bar-1，对葡聚糖70000的截留率为87.3％，两轮平均纯水通量恢复率为98.3％，渗透通量衰减率为64.5％。