正渗透膜的强亲水改性及其抗乳化油污染性能研究.pdf

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1、博士学位论文正渗透膜的强亲水改性及其抗乳化油污染性能研究STRONGHYDROPHILICMODIFICATIONANDANTIFOULINGPERFORMANCEOFTHEFORWARDOSMOSISMEMBRANEFORTHETREATMENTOFEMULSIFIEDOIL张新玉哈尔滨工业大学2018年3月国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：628.162密级：公开工学博士学位论文正渗透膜的强亲水改性及其用于抗乳化油污染性能的研究博士研究生：张新玉导师：田家宇教授副导师：时文歆教授申请学位：工学博士学科、

2、专业：市政工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.2U.D.C.:628.162DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTRONGHYDROPHILICMODIFICATIONANDANTIFOULINGPERFORMANCEOFTHEFORWARDOSMOSISMEMBRANEFORTHETREATMENTOFEMULSIFIEDOILCandidate：ZhangXinyuSupervisor：Prof.T

3、ianJiayuCo-Supervisor：Prof.ShiWenxinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringUnit：SchoolofEnvironmentDateofOralExamination：March,2018University：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要传统的压力驱动膜技术如纳滤、反渗透等难以有效用于乳化油废水的净化，其主要原因是油类污染物在水力压差下将造成严重的膜污染，使膜分

4、离过程难以持续进行。但正渗透技术采用渗透压差代替了水力压差作为膜分离过程的驱动力，具有独特的低膜污染和高回收率等优势，在乳化油废水处理已经表现出应用潜力。然而，目前正渗透（FO）技术仍面临着需解决高性能膜制备和膜污染控制等关键问题。本论文通过磺化聚苯醚砜-聚苯醚砜（亲水-疏水）多嵌段共聚高分子（BPSH100-BPS0）对聚砜支撑层的强亲水改性，改善了正渗透复合膜（TFCFO膜）的渗透能力；通过磺化聚苯醚砜齐聚物（NH2-BPSH100）对聚酰胺活性层进行超亲水改性，提高了TFCFO膜抗乳化油污染性能；为避免荷电吸引作用加剧的乳化油膜污染

5、，通过两性离子聚合物（聚磺酸甜菜碱，PSBMA）对聚酰胺活性层进行超亲水改性，制备出具有电中性和盐响应性TFCFO膜。主要的研究结果如下：（1）通过非溶剂诱导相转化法将BPSH100-BPS0与聚砜按不同比例共混制备出一系列不同特性的支撑层，并在其表面制备聚酰胺活性层。BPSH100-BPS0的添加可以提高支撑层的亲水性和孔隙率，降低内浓差极化效应的影响，这有助于TFCFO膜水通量的提高。除此之外，支撑层的机械强度得到最大的保留。同时也发现，支撑层的表面特性能直接影响TFCFO膜的表面形貌和污染趋势。和空白TFCFO膜相比，BPSH100

6、-BPS0改性制备的TFCFO膜表面具有更低的粗糙度和污染趋势，但是由于聚酰胺活性层表面较疏水，仍会遇到严重的膜污染，水通量恢复率仅为72.5%。（2）通过原位表面改性的方法把不同摩尔质量（2000，10000和18000g/mol）的NH2-BPSH100接枝到TFC膜聚酰胺活性层表面。NH2-BPSH100的接枝改性能影响TFC膜的表面特性。与未改性TFC膜相比，NH2-BPSH100改性TFC膜表面具有更强的电负性，较低的羧酸根密度、略高的粗超度和超亲水-水下超疏油特性。在动态乳化油污染实验中，改性TFC膜的抗乳化油污染特性比未改性

7、TFC膜的更好。甚至40000mg/LTween80-乳化油的水回收率达80%时，NH2-BPSH100改性TFC膜的水通量仍能保持在初始水通量的69.8%，而未改性TFC膜的仅为11.0%。但是NH2-BPSH100改性膜在处理相反电性乳化油时，会因静电吸引作用加剧膜污染。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文（3）通过键结有2-溴代异丁酰溴的多巴胺单体在聚酰胺活性层表面自缩聚引入自由基聚合引发端，随后通过ATRP反应将两性离子聚合物PSBMA接枝到TFC膜聚酰胺活性层表面。通过调节聚合反应时间，优化后的改性膜（TFC-PSBMA膜）表面

8、具有电中性、较低的粗糙度和超亲水-水下超疏油的特性。在处理不同荷电性的乳化油时，TFC-PSBMA膜都能表现出很好的抗乳化油污染特性，说明两性离子改性膜可避免静电作用加剧的膜污染。但是在长期运