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复合荷电纳滤膜的制备及应用研究

邓娟利  
【摘要】:纳滤过程是近十几年发展起来的一种通量和分离效果都介于超滤和反渗透过程之间的新型的压力驱动过程,它所具有的特殊的纳米级孔径使其具有很多分离膜所不具备的优点,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。纳滤膜特殊的分离性能使其被广泛地应用于生物工程、医药、冶金、水处理、电子等领域,同时,纳滤膜也有望在分离及调整单价与高价离子比率上大显身手。 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。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。因此本研究就从无机-有机复合纳滤膜入手,研制具有较好分离效果的膜。 要很好的分离或截留离子,就纳滤膜而言,不仅要求具有纳米级孔径,而且其表面必须荷电。就目前的研究现状而言,由于大多数的纳滤过程都是用于对小分子及高价阴离子的截留上,因此对于荷负电纳滤膜研究比较盛行,市场上已有许多类型的荷负电纳滤膜,如Nitto Denko NTR系列,Filmtec系列以及反渗透DK系列等。但是,在诸如高价阳离子的截留及阴极电泳漆的回收等方面,就需要用到荷正电纳滤膜。 为了制备性能优异的复合荷正电纳滤膜,本论文以开发无机—有机复合纳滤膜为出发点,即以聚砜为膜材料、以N-甲基-2-1吡咯烷酮(NMP)为溶剂采用相转化法制备出平均孔径为40~50(?)的聚砜/Al_2O_3复合纳滤膜。对聚乙二醇(PEG)、硝酸锂等作为添加剂对基膜性能的影响进行了探讨,发现NMP作为溶剂可以制得性能优良、重复性好复合纳滤膜。然后又在复合纳滤膜的基础上采用浸涂法制备了复合荷电纳滤膜CTCM,同时又采用相转化法以改性的聚砜膜材料为材料,制备了另一种荷电纳滤膜SLCM,试验对三种纳滤膜的性能进行了一定的表征,并将自制的三种纳滤膜在金的富集分离中的应用做了相应的介绍。 试验采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,并对荷电纳滤膜的流动电位做了测试;用傅立叶红外光谱仪和扫描电镜对膜的结构和形貌及表面有机薄层成分进行分析;并系统研究了膜的化学稳定性、耐溶剂性和耐压密等。研究结果表明,在室温,0.65MPa下,三种纳滤膜即聚砜/Al_2O_3复合纳滤膜SLM、相转化法改性聚砜/Al_2O_3复合荷电纳滤膜SLCM及浸涂法聚砜/Al_2O_3复合荷电纳滤膜CTCM的纯 西北工业大学工学硕士学位论文 水通量分别为8.492L·m一2·h一I,7.006L·m一2·h一]和6.794L·m一2·h一];对Nacl 的截留率分别为30.22%,18.21%和21.巧%;两种荷电纳滤膜的流动电位分别为 7 .4mV和5.3mVo 在对金的富集分离研究中,试验表明复合荷电纳滤膜对金具有较好的截留 分离效果。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,复合荷电纳滤膜对金离子的截留率可达88~ 95%。 关键词:复合纳滤膜荷电纳滤膜流动电位截留率水通量硫脉浸金液富集


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