探索耐污染的纳米sio,2pva复合超滤膜的研制及应用

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1、天津大学博士学位论文耐污染的纳米SiO<,2>/PVA复合超滤膜的研制及应用姓名：姜云鹏申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王榕树20020701摘要本文以制备具有良好耐污染性能的纳米SiC’2,oPVA复合超滤膜为耳的。选择具有强亲水性的PVA作为膜材料，通过向铸膜液中加入纳米Si02，提高了复合膜的机械强度和耐水性，所制各的纳米Si02／PVA复合超滤膜对含油乳浊液的处理效果良好。对PVA浓度、纳米Si02含量、PEG含量、预蒸发时间、凝固浴组成以及凝固浴温度对复合膜性能的影响进行了考察，确定了制各复合膜的适宜工艺条件。对铸膜液的沆变学行为进行了研究。结果表明铸膜液的屈服应力随着

2、纳米Si02含量的增加而增加。考察了纳米Si02含量对复合膜的结晶度和机械性能的影响。通过XRD分析、DSC分析、DMA分析及机械性能测试，发现复合膜的结晶度和机械强度随羞纳米Si02含量的增加而增加。理论分析认为这是由于纳米SiO，粒子巨大的表面能以及它与PVA之间的氢键作用，增强了二者之间的亲和性，降低了异相成核过程的自由能，促进了PVA分子链的定向分布。在对成膜机理研究的基础上，通过浊点实验绘制了复合膜成膜过程的三元体系相图，并对相图进行了分析，结果表明，纳米Si02减弱了PVA与水之间的作用力，使得二者之间的作用力常数x：，值变大，所以两相区变大。对成膜过程的传质动力学研究表明低含

3、量的纳米Si02增大了铸膜液的脱混速率。对复合膜的结构进行了分析。对复合膜的性能进行了研究。耐热水温度及溶胀性实验表明复合膜的耐水性得到改善。用不同pH值(1～14)的溶液浸泡复合膜，其性能不发生改变。用复合膜对BSA溶液进行超滤实验，发现即使在操作压力为0，4MPa，BSA溶液的渗透通量达到极限值时，也未在膜表面形成BSA的凝胶层(C。．

4、种新型纳米Si02／PVA复合超滤膜。该复合膜具有湿膜强度高、耐水性好、耐污染能力强的特点。2．较为全面地考察了该种复合超滤膜的抗机械性能和流变学性能，并结合三元体系相图研究了纳米Si02对体系热力学性质的影响。3．根据实验结果推测纳米Si02对这种新型复合超滤膜性能的影响关键在于：(1)纳米Si02的刚性支撑作用；(2)复合膜的结晶度随着纳米Si02含量的增加而增加。关键词：纳米SiO／，PVA，复合超滤膜，湿膜强度，异相成核，三元体系相图含油乳浊液AbstractNano—sjzedSilica／PVAcompositeultrafiltrationmembraneswithgooda

5、nti—fou】ingperformancehavebeenfabricated．Poly(vinylalcoh01)(PVA)withhighlYhydrophiliccharacterwasusedasmembranematerial．Theresistanceofwaterandthemechanicalstrengthofthecompositemembraneswereimprovedbyaddingnano—sizedSi02tocastingsolution．Thepreparedmembraneswerefoundtobeveryeffectivefordisposingo

6、ily-wateremulsion．TheeffectsofPVAconcentration，nano—sizedSi02content，PEGcontentevaporationtime，constituentandtemperatureofcoagulationbathontheperformanceofthecompositemembraneswereinvestigated．Theproperconditionsoftechnologywereestablishedtopreparemembranes．Therheologiealbehaviorofthecastingsoluti

7、onwasstudied．Theresultsshowedthattheyieldstressincreasedasafunetionofthefi11erconcentration．TheeffectsofSi02concentrationonthedegreeofcrystallinityandthemechanicalpropertiesofthemembraneswereinvestigated．Itwasfou