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聚乙烯醇/纳米纤维素渗透汽化复合膜的制备及膜结构研究

白露  
【摘要】:本文以乙醇-水混合体系为分离对象,采用多种方法对在渗透汽化膜材料中应用最为普遍的聚乙烯醇进行改性,系统比较了几种传统改性膜的各项性能指标,并将纳米纤维素引用到聚乙烯醇膜材料改性中,制备了综合性能优良的聚乙烯醇/纳米纤维素复合膜材料。通过对几种传统改性膜的性能比较,得出戊二醛交联改性聚乙烯醇膜综合性能最优。在此试验基础上,结合正交试验得到纳米复合膜的最佳配方为:聚乙烯醇质量分数为8%、戊二醛质量分数为0.6%、纳米纤维素质量分数为2%。 通过对复合膜各项性能指标的测定,研究了添加纳米纤维素对复合膜材料性能的影响。结果表明:一定含量范围内的纳米纤维素的加入可以使聚乙烯醇膜在渗透通量下降幅度较小的情况下大大提高膜的分离因子,纳米纤维素可以提高膜的抗溶胀能力、机械性能及热稳定性。通过傅立叶红外光谱、X-射线衍射、热重分析仪等研究手段,对复合膜材料的特性组成进行了表征。通过电子扫描显微镜、原子力显微镜观察复合膜材料表皮层及断面结构,复合膜结构致密无孔,纳米纤维素在膜内分散均匀,与聚乙烯醇基质黏合良好。 文中考察了纤维素颗粒尺寸对复合膜结构及性能的影响,膜的结晶度、厚度等因素对复合膜性能的影响。结果表明:较微纳纤维素,尺寸较小的纳米纤维素与聚乙烯醇分子链间有更强烈的氢键缔合作用,使得纳米复合膜的分离性能、热性能及膜内部微结构更稳定。同时文章考察了渗透汽化操作条件料液浓度及温度对膜分离性能的影响。


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