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新型复合荷电纳滤膜/镶嵌膜的制备、表征与传递机理研究

张浩勤  
【摘要】:荷电镶嵌膜系由一系列规则排列的阴离子和阳离子交换基团所组成,每一基团为其反离子提供从原料液相到渗透液相的连续通道。当电解质通过该膜时,阴、阳离子分别通过其对应的交换单元。因此,荷电镶嵌膜十分有利于电解质的传递;同时,对于不带电的有机物来讲,则很难渗透过膜。这一特征,即能有效传递电解质而截留低分子量的非电解质,在生化、制药、染料等工业的有机物脱盐和净化领域具有良好的工业前景。然而,作为新型、高效的荷电镶嵌膜,因其制备工艺复杂,操作条件苛刻,目前尚未进入工业化阶段。对其制备技术进一步研究和开发仍是膜科学与技术领域具有挑战性的前沿研究课题。 为此,本文采用界面聚合技术制备高新型荷电镶嵌膜,重点研究界面聚合反应成膜机理,揭示膜的性能、结构与界面聚合反应条件之间的关系,建立相应的传递机理模型,为膜的制备、膜过程设计和分析提供理论基础。主要研究内容涉及以下几个方面: 1.基膜制备 为了制备高效复合镶嵌膜,首先必须制备支撑体作基膜。基膜材料、孔结构对于后续界面聚合制备复合膜的影响很大。为此,本文对聚砜/N-甲基吡咯烷酮/聚乙烯吡咯烷酮/丙酮/水这一新体系进行了研究,详细研究、优化成膜条件,实验制备了截留分子量为80000、水通量为250~340 L·m~(-2)·h~(-1)的聚砜超滤膜,为后期复合膜的制备奠定了良好的基础。 2.荷正电纳滤膜制备 采用界面聚合技术制备复合荷电镶嵌膜,关键在于如何将阴离子交换单元和阳离子交换单元引入界面聚合层。相对阳离子交换基团而言,阴离子交换基团的引入更为困难。为此,本文以聚砜超滤膜为基膜,以聚乙烯亚胺和均苯三甲酰氯为单体,首先研究了界面聚合制备聚酰胺荷正电复合纳滤膜的关键技术及其膜分离性能,以期探索复合荷电镶嵌膜制备过程中成功引入阴离子交换基团的基本规律。


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