相转化法芳纶正渗透膜的制备及其结构和性能的研究

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正渗透技术是近几年来发展迅速的一种新型膜分离技术,操作过程中不需要外加压力,膜的使用寿命长,驱动液也可以实现循环再生。因此,相比较其他膜分离技术,它具有能量消耗少,耐污染能力强,环境友好等优点。正渗透技术已经在国际上得到大量研究,在食品、医药、能源,污水处理,海水淡化领域,以及饮用水稀缺条件下军队、紧急救援所用到的水合袋等方面有着很广泛的应用。  本文采用对位芳纶作为一种新型的正渗透膜材料,通过溶液相转移法制备膜。芳香族聚酰胺作为一种合成高分子,由于其特殊的分子结构的刚性及分子间强的氢键作用,使得其具有耐高温、耐溶剂、高模量等优良性质,广泛应用于国防、造纸、汽车制造、纺织等技术领域,更是一种优良的膜材。文中研究了不同的制膜工艺对于膜水通量和盐截留率的影响,同时采用SEM、AFM、TGA等手段对芳纶作为正渗透膜的各项性能进行了表征。  在前任工作的基础上,采用一种较温和的方法,将芳纶纤维进行溶解,制成均一稳定的芳纶纳米纤维铸膜液,室温下静置一段时间后进行制膜。考察了不同的刮膜厚度、溶剂预蒸发时间、后处理温度对膜水通量和盐截留率的影响。同时对所制成膜的形态、耐热性、拉伸强度等性能进行了表征。  结果表明,其他成膜条件相同的情况下,随着膜厚度的增加,膜的水通量明显降低,盐截留率明显升高;一定范围内,随着膜的溶剂预蒸发时间的增长,膜的水通量降低,盐截留率升高;在膜性能不受影响的情况下,随着后处理温度的升高,膜的水通量降低,盐截留率升高。  对于膜形态结构的研究中,在SEM图片中可以清楚的看出,膜的一面呈现致密层,另一面为疏松多孔层,复合正渗透膜的结构要求。耐热性和耐溶剂性研究表明,芳纶膜的热分解温度高达460℃,热稳定性好;在强极性溶剂中浸泡10天以上,膜的质量不会明显减少,仅部分发生溶胀,因此,膜的耐腐蚀性很好,可以满足正渗透膜在恶劣环境中长期使用的要求。膜的拉伸强度研究表明,膜的应力—应变曲线是典型的高分子拉伸曲线,拉伸强度可以达到20-50MPa,说明膜具有较好的强度。
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