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《西北工业大学》 2003年
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无机—有机复合纳滤膜的研制、性能及应用研究

张新丽  
【摘要】: 纳滤膜是近十几年发展起来的一种新型的压力驱动膜,它所具有的特殊的纳米级孔径使其具有很多分离膜不具备的优点,如操作压力低、对二价和高价离子具有高的选择性、具有较好的压密性和较强的抗污染能力等。特殊的分离性能使得纳滤膜被广泛地应用于生物工程、医药、冶金、水处理、电子等领域。 从近年来纳滤膜的研究表明,单纯的无机纳滤膜和单纯的有机纳滤膜在实际应用中都存在一些问题。目前广泛使用的有机纳滤膜虽然具有制备过程简单、成本低、柔韧性好等诸多优点,但因其耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱性差而在很多领域失去了使用价值;无机纳滤膜虽然制作成本较高,脆性大,加工困难,但无机材料与有机材料相比,具有高温热稳定性好、抗化学侵蚀和抗生物降解,易清洗,耐压降高和机械稳定性好等优点。因此,如何将无机材料和有机材料的优点合二为一,开发兼具有机材料和无机材料特点的新型膜材料已成为国内外纳滤膜研究新的热点。 本论文以开发无机—有机复合纳滤膜为出发点,首先在Al_2O_3多孔微滤膜上利用溶胶—凝胶法制备SiO_2/Al_2O_3无机复合超滤膜作为无机—有机复合纳滤膜的基膜;选用聚乙烯醇和聚酰胺为表面功能层材料,分别探讨了以羟基丁二酸和磺基水杨酸为混合交联剂,采用浸涂法制备了聚乙烯醇/SiO_2—Al_2O_3复合纳滤膜;以均苯二甲酰氯、哌嗪和二胺为单体,采用界面聚合法制备了聚酰胺/SiO_2—Al_2O_3复合纳滤膜,并对影响膜性能的诸多因素进行系统研究。探讨了用自制的SiO_2—Al_20_3无机超滤膜和聚乙烯醇(聚酰胺)/SiO_2—Al_2O_3复合纳滤膜组成的膜分离体系从红霉素混合溶液中分离提取红霉素的应用。 利用静态杯式膜性能测试装置研究了各种膜的纯水通量、对NaCl和不同价态的无机盐离子的截留率;用傅立叶红外光谱仪和扫描电镜对膜的结构和形貌表面有机薄层成分进行分析。系统研究了膜的化学稳定性、耐溶剂性和耐压密等,同时着重研究了聚乙烯醇/SiO_2—Al_2O_3、聚酰胺/SiO_2—Al_2O_3复合纳滤膜在红霉素提取分离中的应用。 研究结果表明,5102/A12O:无机复合超滤膜的研制原料正硅酸乙酷、乙醇、 水、N,N一二甲基甲酸胺(DCCA)和HNO3之间的配比、涂膜过程、热处理 温度等直接影响着溶胶的质量和膜的性能。在本研究中,利用溶胶一凝胶法制 备出平均孔径约为15nm、水通量为7oml·。m一2·h一1、性能较好的5102/A12o3 无机复合超滤膜。 以5102/A1203无机复合超滤膜为支撑层,在其上复合有机超薄功能层的过 程中,分别采用浸涂法和界面聚合法制备了平均孔径在2一7nm范围内的聚乙 烯醇/S 10:一A1203复合纳滤膜和聚酞胺/5102一A12O3复合纳滤膜。探讨了原料浓 度、交联剂种类和浓度、催化剂、添加剂、反应时间和反应温度对膜性能的影 响,初步计算了聚乙烯醇/5102一A12O3复合纳滤膜各膜层的阻力。研究发现, 复合纳滤膜对无机盐离子的截留主要取决于有机功能层,同时,膜分离的工艺 条件如压力、料液浓度、料液种类等也对复合纳滤膜的分离性能有影响。研究 表明,聚乙烯醇/510:一A1203复合纳滤膜和聚酞胺/510:一A12O3复合纳滤膜具有 较好的化学稳定性、耐溶剂性和耐压密性。 在对红霉素的分离提纯研究中,5102/A1203无机超滤膜一聚乙烯醇(聚酞 胺)/S 102一A12O3复合纳滤膜混合膜分离体系对模拟红霉素发酵液中的红霉素 具有较好的分离提取效果。研究过程中,还对操作压力、料液浓度、操作时间 等因素对分离性能的影响进行了研究。结果表明,5102/A120:无机超滤膜一聚 乙烯醇/510:一A1203复合纳滤膜混合膜分离体系对红霉素的提取率可达98%。
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