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《中国海洋大学》 2010年
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磺化聚醚砜纳滤膜荷电机理的动电法分析及其截留性能预测

马准  
【摘要】: 大量的研究结果业已表明,纳滤膜表面的荷电特性会显著地影响膜的渗透通量、选择透过性以及耐污染能力等。近年来对膜表面荷电特性的研究已成为膜科学领域中的一个热门课题。 本文中,.在前期对透过式流动电位测试系统使用的基础上,成功地构建平流式流动电位测试系统,并集成化。进而选取磺化聚醚砜纳滤膜(NTR-7450)为研究对象,利用该系统对膜表面具有功能基团解离状态下的膜/溶液界面电现象进行探索。其中,在流动电位测试过程中引入相关措施,例如采用电化学工作站测定体系总电导(包括膜体电导、膜表面电导和电解质溶液电导),特制Ag/AgCl电极以消除液接电位的影响和变化流道高度等以便获得更为真实的zeta电位等。根据Gouy-Chapman双电层模型系统地考察离子强度、阴离子种类(Cl-、SO42-和PO43-)和阳离子种类(Na+、Mg2+和La3+)对膜表面荷电性能的影响。测试系统的使用结果表明: 对于KCl.K2S04.K3P04,在较低浓度(例如,0.1~0.5mol·m-3)电解质溶液中,磺酸基的解离是NTR-7450纳滤膜荷电的主要原因;而在较高浓度下(例如,1.0~10 mol·m-3),NTR-7450纳滤膜荷电则是由吸附引起。并且膜表面电荷密度与电解质溶液浓度之间符合Freundlich吸附等温式。在KCl.K2S04.K3P04溶液中分别为:ln|x|(mol·m-3)=2.337+0.722lnC(mol·m-3)、ln|X|(mol·m-3)=3.584+1.119lnC(mol·m-3)和ln|X|(mol·m-3)=2.988+1.067lnC(mol·m-3)。 对于NaCl、MgCl2和LaCl3,在NaCl和MgCl2盐溶液中,在较低浓度(例如,0.1~0.5mol·m-3)下NTR-7450型纳滤膜荷电的主要原因是膜自身磺酸基团的解离,而在较高浓度(例如,1.0~10 mol·m-3)下,吸附是NTR-7450纳滤膜表面荷电的主要影响因素。然而对于LaCl3盐溶液,在所测试的浓度范围内,NTR-7450纳滤膜表面荷电主要是由于La3+的吸附。膜表面电荷密度与电解质溶液浓度之间符合Freundlich吸附等温式,分别为:ln|X|(mol·m-3)=0.796+1.298lnC(mol·m-3)ln|X|(mol·m-3)=0.644+0.501ln C(mol·m-3)和ln|X|(mol·m-3)= 2.190+1.102lnC(mol·m-3)。 通过对NTR-7450纳滤膜荷电性能的研究,对吸附-两性模型进行拓展,使该模型的研究主体由聚酰胺纳滤膜扩展到具有功能基团解离的纳滤膜,简化了膜表面电荷密度的表达式,并在动电分析法的辅助下,获取在不同电解质溶液中膜表面解离和吸附等相关参数,进而探索磺化聚醚砜纳滤膜在不同电解质溶液体系中的荷电机理。 最后,实验中发现,运用动电法测定流动电位并根据Gouy-Chapman双电层模型而获取的膜表面电荷密度以及由道南-立体细孔-介电排斥模型(DSPM-DE)计算的膜表面电荷密度与电解质溶液浓度相拟合,很好地符合Freundlich吸附等温式。进而,依据该Freundlich吸附等温式可以得到在广泛浓度电解质溶液中的膜表面电荷密度。显然,这有助于通过DSPM-DE模型获取广泛浓度下的盐截留性能,而且模拟结果也发现模型预测与实验数据相吻合。因此,动电法和DSPM-DE模型相结合能够有效地表征纳滤膜的荷电性能,并可以准确地预测它在广泛盐溶液浓度范围内的截留性能。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.2

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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