羧甲基纤维素钠、海藻酸钠及壳聚糖磷酸酯复合纳滤膜的研究

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 18次 | 上传用户:FangShiJiaZu
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本文选用具有良好成膜性的羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠(ALG)和壳聚糖的水溶性衍生物-壳聚糖磷酸酯(PCS)为复合纳滤膜表面活性层材料,戊二醛(GA)、环氧氯丙烷(ECH)和CuSO4溶液作为交联剂,聚砜(PSF)超滤膜为支撑层,利用涂敷交联的方法,制备了五种新型荷负电复合纳滤膜。利用衰减全反射红外光谱(ATR-IR)、扫描电子电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对复合膜结构形貌进行了表征。研究了复合纳滤(NF)膜的最佳制备条件及操作条件对膜截留性能的影响。在铸膜液中添加适量的有机小分子或无机盐小分子,测得其对复合NF膜截留性能的影响。以羧甲基纤维素钠(CMC)为表面活性层材料,聚砜(PSF)超滤膜为基膜,戊二醛(GA)水溶液为交联剂,制得一种新型荷负电复合纳滤膜。其最佳制备条件为:羧甲基纤维素钠浓度为1%,戊二醛浓度为0.5%,稀硫酸催化条件下,30℃下交联2h。在室温下,复合膜接触角为57.85°,说明其表面亲水性比聚砜膜有很大提高。溶胀度为44.26%,截留分子量约为520Da。在操作压力为1MPa,料液流量为40L·h-1时,对1000mg·L-1K2SO4、Na2SO4、KCl、NaCl、MgSO4和MgCl2溶液的截留率分别为98.3、98.0、62.5、59.1、54.4和24.6%,膜通量分别为10.0、10.1、15.2、15.8、13.7和16.5L·m-2· h-1。CMC/PSF复合膜对几种无机盐的截留顺序为:Na2SO4> NaCl> MgSO4> MgCl2。以羧甲基纤维素钠(CMC)和海藻酸钠(ALG)共混液为表面活性层材料,聚砜(PSF)超滤膜为基膜,环氧氯丙烷(ECH)的乙醇溶液(调节pH=10)为交联剂,制得一种新型共混复合纳滤膜。其最佳制备条件为:ALG/CMC共混比为1:3,交联剂环氧氯丙烷浓度为2%,在温度50℃交联18h。在操作压力为1MPa,料液流量为30L·h-1时,对1000mg·L-1K2SO4、Na2SO4、KCl、NaCl、MgSO4和MgCl2溶液的截留率分别为97.4、97.1、58.9、55.1、51.6和24.6%,膜通量分别为17.1、17.3、16.9、17.2、16.0和16.6L·m-2· h-1。该纳滤膜对不同无机盐的截留性能不同,具有典型的荷负电膜截留特性,这主要决定于荷电膜与电解质离子之间的静电作用力。通过对壳聚糖改性制备了水溶性的壳聚糖磷酸酯(PCS)。以PCS水溶液为铸膜液材料,PSF超滤膜为基膜,ECH为交联剂,用涂敷交联的方法制备了PCS/PSF复合纳滤膜,对其结构和形貌进行了表征。研究了活性层铸膜液的组成、交联剂浓度等因素对复合膜截留性能的影响。制备的PCS/PSF复合纳滤膜在操作压力为1MPa,料液流量为40L·h-1时,对1000mg·L-1Na2SO4和NaCl溶液的截留率分别为89.2、20.8%,通量分别为6.9、7.4L·m-2· h-1。复合膜对几种无机盐的截留顺序为:Na2SO4> MgSO4> NaCl> MgCl2。以PCS为表面活性层材料,PSF超滤膜为基膜,GA为交联剂,制备了一种新型PCS/PSF复合纳滤膜。其最佳制备条件为:壳聚糖磷酸酯PCS溶液浓度为2%,GA浓度为0.5%,在50℃下交联1.5h。复合膜对1000mg·L-1Na2SO4溶液的截留率和通量分别为87.6%和8.3L·m-2· h-1。对无机盐的截留顺序为:Na2SO4>MgSO4> NaCl> MgCl2。研究了操作条件和有机小分子添加剂对复合膜截留性能的影响。在室温下,复合膜接触角为56.20°,溶胀度为44.07%,截留分子量约为510Da。以PCS为表面活性层材料,聚砜(PSF)为支撑层,CuSO4为螯合剂,成功制备了一种新型离子交联PCS/PSF复合纳滤膜。其最佳制备条件为:壳聚糖磷酸酯(PCS)水溶液浓度为1.5%,CuSO4浓度为4%,在40℃下交联2h。复合膜对1000mg·L-1Na2SO4溶液的截留率和通量分别为85.5%和7.4L·m-2· h-1。膜的截留分子量约为580Da,接触角为58.46°。用戊二醛交联的壳聚糖磷酸酯(PCS)/聚砜(PSF)复合纳滤膜对某污水处理厂中水进行了深度处理应用研究,对影响纳滤过程的因素,如操作压力、工作流量和运行时间进行了考察。测定在这些条件下,其对膜通量的影响以及对CODCr等的去除率(R)。结果表明,在操作压力为1MPa,进料液流量为40L·h-1时,复合膜对总磷的去除率(R)>85.0%,对CODCr、氨氮及电导率的去除率(R)分别为76.2、69.8和33.2%,对色度的去除率为100%。经过膜法深度处理之后,出水各项指标都可以达到GB18918-2002一级A的排放标准。
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