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《华南理工大学》 2018年
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无纺布支撑正渗透膜的制备及性能

杨华宇  
【摘要】:作为一种膜分离技术,正渗透(Forward osmosis,FO)技术具有膜污染趋势低、无须外加压力等特点,在食品加工、海水淡化、盐差能发电等领域中具有广阔的发展前景。FO膜是FO技术的核心,FO膜的性能直接影响到渗透过程的效率。湿法无纺布具有孔隙率高、孔径可调等特点,广泛应用于电池隔膜、反渗透等领域中。本文将聚酯纤维无纺布(PET NWF)作为支撑层,经由界面聚合复合聚酰胺(PA)活性层制备薄层复合FO膜(TFC FO膜),考察PET NWF性能对TFC FO膜性能的影响,通过模拟海水淡化测试探讨TFC FO膜在海水淡化过程中的工作原理,并研究实验过程中膜表面污染过程和膜的抗污染性能。研究发现,制备条件相同时,支撑层的厚度降低,TFC FO膜的水通量和盐通量逐渐增大,膜的截盐能力稍有降低,具有较薄支撑层的TFC FO-3膜水通量可达138.93L/(m~2·h)。当支撑层的平均孔径逐渐减小时,TFC FO膜的水通量和盐通量逐渐降低,TFC FO-4膜水通量为20.59 L/(m~2·h),截盐率高达99.46%。相同条件下,商品FO膜水通量为15.314 L/(m~2·h),截盐率为99.975%。比较商品FO膜和TFC FO膜的性能可知,无纺布支撑正渗透膜具有较为优异的整体性能。TFC FO膜应用于模拟海水淡化时,适当降低支撑层厚度或是增大支撑层的平均孔径有利于TFC FO膜水通量的提高。TFC FO膜对不同盐离子的截留率均高于90%。通过SEM分析膜表面形貌可知,TFC FO膜表面出现不同程度的无机污染。动态膜污染实验中,TFC FO膜水通量具有不同程度的下降。物理清洗之后,TFC FO-6膜的水通量恢复效率高于TFC FO-4和FO-5膜,说明与TFC FO-4和FO-5膜相比,TFC FO-6膜具有更低的膜污染趋势。CLSM表征发现随着实验进行,膜表面的多糖污染物逐渐增加,沉积形成了较为致密的多糖污染层。分析膜亲水性、粗糙度及表面形貌等表面特性和正渗透过程中溶质返混现象,联系实际的膜污染实验结果可知,溶质返混现象、膜表面亲水性并不是影响膜污染趋势的主要因素。表面粗糙度高的TFC FO膜具有更高的膜污染趋势,粗糙的表面促使污染物沉积,形成更为强烈的膜污染。TFC FO膜的PA层表面形貌差异也会影响TFC FO膜污染趋势,具有相对致密PA层、表面粗糙度较高的TFC FO膜污染趋势较高。利用典型膜污染模型分析动态膜污染实验中TFC FO膜的膜污染过程,拟合TFC FO膜的水通量下降曲线。TFC FO-4膜主要发生标准堵塞污染,TFC FO-5膜主要发生滤饼层堵塞污染,而TFC FO-6膜在膜污染过程中四种膜污染过程并存,不可逆污染相对较少。联系分析TFC FO膜的表面形貌及特性可知,TFC FO膜的表面形貌和表面特性如表面粗糙度等会对膜污染过程中TFC FO膜主要发生的膜污染类型产生影响。实验结果表明,支撑层的表面结构和性能对TFC FO膜污染具有直接而明显的作用。对TFC FO膜进行性能优化时不仅要充分考虑支撑层结构对FO过程中内浓差极化的影响,也要考察支撑层特性对TFC FO膜表面形貌及污染趋势的影响。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ051.893

【参考文献】
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>哈尔滨工业大学
相关作者
>吕兴霖
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