聚芳醚基复合超滤膜的制备及性能研究

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1、聚芳醚基复合超滤膜的制备及性能研究Ｐｒｅａｒａｔｉｏｎａｎｄｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｏｌａｒｌｅｔｈｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｐｐｙｙｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｓ作者姓名：朱凯专业名称：高分子化学与物理研究方向：高性能聚合物合成、改性及成型加工指导教师：王贵宾教授学位类别：理学博士培养单位：化学学院论文答辩日期：２０１８年０５月２９日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位

2、盲审专家正高级华南理工大学主席高连勋研究员长春应化所盲审专家正高级浙江大学委员刘志强研宂员长春应化所盲审专家正高级哈尔滨工业大学刘群教授东北师范大学姜振华教授吉林大学关绍巍教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声

3、明本人郑重声明，：所呈交学位论文是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：年６月曰（聚芳醚基复合超滤膜的制备及性能研究中文摘要一随着工业废水和生活污水的排放，洁净水源的短缺己经变成了个日益严重的问题。和传统的分离纯化技术相比，膜分离

4、技术在污水处理和海水淡化方面具有高效、环境友好的优点，。然而，膜分离技术也面临着巨大的挑战那就是较低的渗透性、严重的膜污染和较高的改性成本。这些缺点主要与膜材料的化学性质和膜结构有关，。本文以具有优良机械性能和热性能的聚芳醚砜材料为膜基体以功能化多壁碳纳米管一、磺化聚醚醚酮、聚合物纳米粒子为亲水性添加剂制备了系列复合超滤膜，有效地改善了超滤膜的化学性质和结构形貌，从而实现了膜渗透性和抗污染性的大幅度提高。多壁碳纳米管由于具有中空管状结构，这种结构是良好的水传输通道，所以

5、经常被选做添加剂来改善膜的渗透性。但是其严重的团聚行为使其难以在溶剂里和膜基体里分散均匀。我们首先通过化学接枝的手段对碳纳米管进行两性离子功能化，并且将两性离子碳纳米管作为亲水添加剂引入膜基体里，有效地提高了膜的体积孔隙率和亲水性，从而提高了膜的渗透性和抗污染性０．２ｗｔ％。其中混入了２两性离子碳纳米管的复合超滤膜展示了最优异的性能，包括３０６Ｌ／（ｍｈ）的纯水，８５％的通量恢复率以及９４５通量．％的牛血清蛋白截留率。考虑到对碳纳米管的两性离子化改性步骤繁琐，所以需要寻求

6、更简便有效的改性方法。我们选用环境友好的聚多巴胺和聚乙烯吡咯烷酮对碳纳米管进行包覆，制备了亲水性、分散性良好的聚合物包覆碳纳米管。聚合物包覆碳纳米管的引入显著改善了复合膜的过°滤性能．１ｗｔ／。聚乙烯吡咯烷酮，特别是混入了０修饰碳纳米管的复合膜展现了最２２９０Ｌ好的超滤性能，包括／ｍｈ的纯水通量、９６．４％的牛血清蛋白截留率和９５％（）的通量恢复率。为了平衡超滤膜改性中亲水性与机械稳定性的平衡问题，我们对商用的聚醚醚酮进行磺化，并且合成了含有交联官能团）（叔胺的聚砜。将磺

7、化一聚醚醚酮与可交联聚砜溶液共混，，在铸膜液中加入适量的交联剂制备出了系Ｉ一一列复合超滤膜。方面磺酸根可以提供膜的高亲水性，另方面交联基团可以维持膜良好的机械强度和尺寸稳定性，同，这样就制备出了既亲水性良好时机械性一，能又稳定的复合超滤膜。为了进步降低膜材料合成难度，减少生产成本同时－优化性能，我们发展了更为简便的制备复合膜的方法原位自组装纳米粒子增强复合膜，在铸膜液中自组装成聚合物纳米粒。利用两种带有相反电荷的聚电解质。且能够适应较宽泛的子这种聚合物纳米粒子在膜中

8、展现了优异的分散性，并°Ｈ范围（Ｈ＝－８０）ｐｐｌｌｌ）和较高的温度下（Ｃ。纳米粒子的引入大大改善了膜的２综合性能，最优异的复合膜纯水通量达到了４６０Ｌ／（ｍｈ），更重要的是同时维持一７了个较高的牛血清蛋白截留率（９．６％）。这种聚合物纳米粒子增强复合膜相比一步优化前无论在制备方法上还是复合膜的性能上都得到了进，有望大规模应用于水处理上。关键词：超滤膜，，聚芳醚，抗污染，高渗透性纳米材料ＩＩＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎ