抗污染的高通量醋酸纤维素超滤膜的研究.pdf

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1、抗污染的高通量醋酸纤维素超滤膜的研究张茜荃2015年12月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540抗污染的高通量醋酸纤维素超滤膜的研究作者姓名张茜荃学院名称材料学院指导教师张大伦副教授答辩委员会主席杨明山教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月TheStudyofAntifoulingAndHighFluxCelluloseAcetateUltrafiltrationMembranesCandidateName:XiquanZhangSchoolorDepartment:Material

2、Science&EngineeringFacultyMentor:Vice-Prof.DalunZhangChair,ThesisCommittee:ProfMingshanYangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:December,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽

3、我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：张茜荃日期：2015.12.25摘要超滤技术是节能、高效、绿色的新型分离技术，被广泛应用于工业领域的分离、提纯和浓缩。但是，在超滤过程中出现的膜污染现象易导致通量下降，分离性能劣化。通过对超滤膜进行亲水性改性可以有效的提高膜的抗污染性能。本论文以醋酸纤维素（CA）为制膜材料，分别以PVP-

4、b-PMMA-b-PVP、纳米纤维素晶须（CNW）和邻苯二甲酰化壳聚糖（NPHCs）等不同类型的亲水性物质为改性材料，采用浸没沉淀相转化法制备复合超滤膜。讨论了改性材料对共混膜性能产生的影响，探究膜的亲水性能、抗污染性能、力学性能以及热稳定性的改善情况。为提高CA膜的纯水通量及亲水性加入了两亲性嵌段共聚物PVP-b-PMMA-b-PVP，并对所制备的膜进行了表征及性能测试。结果表明，共混膜的孔径尺寸及表面粗糙度较纯CA超滤膜有所增加，且随着PVP-b-PMMA-b-PVP共聚物分子量或疏水链段的减小，孔径增大，粗糙度增加。由于亲水性链段PVP在膜

5、表面的富集，共混膜的亲水性提高，接触角减小，纯水通量大幅提高，蛋白质截留率有所下降，但水通量恢复率提高，抗污染性能改善。采用亲水性的纳米纤维素晶须（CNW）改性醋酸纤维素超滤膜。CA/CNW共混超滤膜在纯水通量、含水量、孔隙率等方面有了大幅提高；共混膜的膜孔径尺寸增大，表面粗糙度增加。但是，膜孔径的大小及表面粗糙度随着CNW添加量的增加呈现先增大后减小的趋势。CA超滤膜的纯水通量由34.84L·m-2h-1提高至233.45L·m-2h-1，同时保持较高的蛋白质截留率。共混膜的亲水性提高，水通量恢复率从56.00%提高至96.73%，有效改善了C

6、A超滤膜的抗污染性能。同时，共混膜的力学性能和热稳定性能增强。制备可溶于有机溶剂的NPHCs作为改性材料，并通过相转化法制备了CA/NPHCs共混超滤膜。实验发现，改性后的CA超滤膜大孔径结构增多，孔隙率增加，纯水通量增大，操作效率提高。同时，随着NPHCs和PEG600的加入，超滤膜的亲水性增加，水通量恢复率逐步提高，NPHCs可作为CA膜的有效改性材料。关键词：超滤膜；醋酸纤维素；两亲性聚合物；纳米纤维素晶须；邻苯二甲酰化壳聚糖；抗污染性。IAbstractAsagreenandenergy-efficientseparationtechno

7、logy,ultrafiltrationexhibitsavastprospectofapplicationinseparation,purificationandcondensation,whilemembranefoulingstillconstitutesabottleneckofitsdevelopment.Majorapproaches,suchasdevelopingnovelhydrophilicmembranematerialsandhydrophilicmodificationofmembranematerialshavebee

8、ncarriedoutforfoulingreduction.Inthisdissertation,celluloseacetate(C