sio2_f-mwcnts_pmia中空纤维纳滤膜制备及其性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文SiO2/f-MWCNTs/PMIA中空纤维纳滤膜制备及其性能研究论文作者：杨彬学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：化工过程机械指导教师：张少峰职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金，编号：21476248DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalProcessEquipmentSTUDYONPREPARATIONANDPROPERTIESOFSIO2/F-MWCNTS/PMIAHO

2、LLOWFIBERNANOFILTRATIONMEMBRANEbyYangBinSupervisor:Prof.ZhangShaofengMay2017ThisworkwassupportedbytheNationalNatureScienceFoundationofChina.No.21476248.摘要纳滤作为一种新型高效膜分离技术，受到广泛膜工业领域学者的关注。当前直接以相转化制备的纳滤膜普遍存在渗透性能较差。所以本文以提高纳滤膜渗透性能和抗污染能力为目标，对新型纳滤膜进行改性，并对改性纳滤膜进行系统性的研究。本研究以聚间苯二甲酰间苯二胺（PMI

3、A）为制膜原材料，选择合适添加剂，采用干喷湿纺技术，浸没沉淀相转化法制备了f-MWCNTs/PMIA中空纤维纳滤膜和SiO2/f-MWCNTs/PMIA中空纤维纳滤膜。并得到以下结果：（1）考察了膜材料浓度、无机添加剂氯化锂、有机添加剂丙酮与聚乙烯吡咯烷酮的浓度和蒸发温度对所制纳滤膜的结构和渗透性能的影响。通过对铸膜液的组分构成和比例以及制膜工艺的研究，制备了不同结构及性能的纳滤膜，并选择合适的铸膜液配比，为改性纳滤膜的制备提供理论和实验基础。（2）采用FE-SEM、AFM、动态接触角、Zeta电位、水分测定仪和拉伸试验，对不同种类和不同含量的功能化多

4、壁碳纳米管改性纳滤膜的结构及性能进行表征，实验结果表明，功能化多壁碳纳米管的添加，共混纳滤膜微观结构发生了明显变化、膜表面粗糙度降低、亲水性能提升、表面电势增强，并且改性膜的强度得到提升。通过对所制膜进行纯水、中性溶质和无机盐截留测试实验，结果表明当铸膜液中添加适量功能化碳纳米管显著提升了纳滤膜的水通量，减小了膜皮层孔径，对无机盐的截留也有所提升，对二价盐的截留明显高于一价盐。当添加羧基化碳纳米管的含量为0.1%时，改性纳滤膜的平均有效孔径为0.681nm，10bar运行压力下，纯水通量可达到61.1L/(m2·h)，对硫酸钠的截留率为80.7%。并对

5、NFM-0和NFM-2进行了染料的去除实验，结果表明：改性纳滤膜对阴离子型的染料截留效果良好，通量下降幅度明显低于PMIA基膜。（3）通过添加不同含量的亲水性SiO2纳米粒子，研究其对f-MWCNTs/PMIA纳滤膜的结构及性能影响。通过FE-SEM、AFM、动态接触角、孔隙率对纳滤膜进行了表征，结果发现，添加适量的SiO2能够抑制大孔结构的形成，同时增加膜皮层厚度，降低膜表面粗糙度，增强膜表面亲水性。在对改性膜进行渗透性能测试研究中发现，随着SiO2含量的增加，水通量随之增加，而膜表面平均有效孔径先减小后增加，对无机盐的截留率呈现先增加后减小的趋势。

6、（4）利用200mg/L的牛血清蛋白溶液对NFM-0、NFM-2和NFM-6进行抗污染能力测试。实验结果发现，添加适量功能化多壁碳纳米管和亲水性SiO2纳米粒子可I以增强膜表面与BSA之间的静电排斥效应；增强膜表面亲水性，形成一层水层阻碍了污染物的吸附；降低膜表面粗糙度，降低了污染物在膜表面堵塞，从而增强了纳滤膜的抗污染能力，水通量恢复率由84.8%提高到96.1%和97.9%。关键词：纳滤；干喷湿纺；功能化碳纳米管；二氧化硅；抗污染IIAbstractAsanewtypeofhighefficientmembraneseparationtechnol

7、ogy,nanofiltration(NF)hasbeenpaidmoreandmoreattentionbyscholarsinthefieldofmembranetechnology.ButNFmembranepreparedbyphaseinversionhasthepoorpermeability.Inordertoimprovethepermeabilityandantifoulingabilityofnanofiltrationmembrane,thenewnanofiltrationmembranewasmodifiedandthemod

8、ifiednanofiltrationmembranewasstudiedsystematic