碳颗粒/聚醚砜复合膜的制备及苯酚吸附性能研究

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汽相诱导致相分离(VIPS)作为一种改进的非溶剂诱导相分离(NIPS)制膜工艺,具有调控孔结构,制备对称膜等特点。传统的聚醚砜微滤膜只具备截留能力,而不具备吸附能力,将碳材料共混到铸膜液中或者负载到膜表面,可以在保持原有性能的基础上同时具有吸附性能,这一改性具有很好的应用前景。本文首先采用汽相诱导法制备了高性能的聚醚砜(PES)微滤膜,然后通过共混法和表面负载法对其进行了碳素墨水的修饰,从而得到墨水/PES复合膜。使用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、水接触角、纯水通量、腐殖酸(HA)截留率等测试考察了复合改性膜的结构、表面形态、官能团、分离性能、抗污染性能、吸附性能以及可重复使用性。具体内容如下:(1)系统考察了蒸汽诱导过程中,蒸汽温度,湿度,暴露时长以及凝固浴温度、成分等对PES膜结构及性能的影响,同时使用SEM对所制备的样品膜进行了形貌的表征,通过接触角、纯水通量、腐殖酸、酵母浸粉截留率和膜抗污染的测试考察了膜的分离性能和抗染性能。结果表明,在铸膜液温度为20℃,凝固浴为80℃去离子水,空气湿度为70%,温度为28℃时,暴露时长为100 s时,制备的膜为对称海绵孔结构,孔径分布集中在0.2-0.4μm,纯水通量达7764 L/(m~2h·bar),分离性能最佳,酵母浸粉截留率为92%,膜对腐殖酸和牛血清白蛋白均有较好的耐污染能力,并且污染主要为可逆污染。(2)通过共混法制备了墨水/PES复合改性膜,使用SEM对所制备的膜进行了形貌和结构的表征,使用ATR-FTIR和XPS对改性前后膜官能团进行比较,通过对改性前后膜的纯水通量、HA截留率的测试考察了复合膜的分离性能,吸附性能以及可重复利用性。结果表明,当铸膜液中添加碳素墨水后,制得的改性膜对苯酚含有选择性吸附,当碳素墨水的添加量为1%时(质量分数),对HA截留率保持90%以上的前提下,对苯酚的吸附率可达45.5%。并且经过三次吸附-脱附过程后,对于苯酚的吸附率仍旧可达到27%。(3)通过表面负载法制备了墨水/PES复合改性膜,通过纯水通量、HA截留率的测试考察了复合膜的分离性能,吸附性能以及可重复利用性。并且对比单层吸附和双层吸附,结果表明,当在微滤膜表面成功负载上碳素墨水后,改性膜对于苯酚具有选择性的吸附性能,并且在保持原有截留性能的基础上,单层负载墨水,膜对苯酚的吸附率可达35%,双层负载时,膜对苯酚的吸附率可达49%。
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