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聚哌嗪酰胺/聚砜纳滤中空纤维复合膜的研制

吴云  
【摘要】:本课题的目的是研究开发高性能纳滤中空纤维复合膜。本研究以耐压密性能优良、价廉易得的聚砜为制备复合膜的基膜材料,哌嗪为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,通过界面聚合反应在基膜表面形成超薄功能层,制备超低压高通量聚哌嗪均苯三甲酰胺/聚砜纳滤膜,以0.1%MgSO4溶液为测试液,所得高脱盐平板复合膜(Ⅰ)在0.4MPa下的脱盐率为96.1%,通量达85.2L·m~(-2)·h(-1);低脱盐平板复合膜(Ⅱ)脱盐率为23.7%,通量达379.8 L·m(-2)·h(-1);中空纤维复合膜(Ⅲ)在0.6MPa下的脱盐率大于93%,通量大于40 L·m(-2)·h(-1)。 本文主要进行了四个方面的研究: 一、系统研究了哌嗪水溶液/均苯三甲酰氯正己烷溶液界面聚合体系特征、界面聚合反应中各影响因素对膜性能的影响等,研究发现,当界面两相单体分子摩尔比为某一比值时,通过控制界面聚合时间,可以形成超低压高通量高脱盐的致密功能层,如复合膜(Ⅰ)。通过改变两相单体浓度可以获得不同通量和脱盐性能的纳滤复合膜,如复合膜(Ⅱ)。对复合膜进行适当的热处理可以进一步改善复合膜的脱盐性能,以70℃热空气浴,20min为宜。 二、讨论了聚哌嗪酰胺/聚砜纳滤复合膜初生功能层脱盐性能随操作条件的变化情况。初生复合膜的通量随操作时间的增加逐渐减小至一恒定值,而脱盐率则逐渐增大至一恒定值。可以认为初生复合膜的功能层结构较为疏松,性能并不稳定,在一定的压力作用下趋于压密,使其结构达到稳定从而获得稳定的脱盐率和通量。 三、研究了利用双插入管纺丝组件/共挤出复合纺丝技术,通过调整内外纺丝液组成、挤出比和凝固条件等纺制了不同形态结构的中空纤维基膜,并进行了复合研究,结果表明,具有薄而致密皮层结构的基膜,复合时间短,所得复合膜的脱盐率高,通量大,操作压力低。目前纺制的复合效果较好的聚砜中空纤维基膜通量高于200L·m(-2)·h(-1),对PEG20000的截留率达99%。 四、研究了纳滤中空纤维复合膜的聚合工艺,得到了较合适的制备复合膜的条件(如复合膜(Ⅲ):哌嗪水相浓度为0.4%,均苯三甲酰氯有机相浓度为0.1%,水相处理时间为4min,有机相处理时间为1min,热处理温度70℃,热处理时间为20min。


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