聚醚砜复合膜的改性及其分离性能研究

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染料已经逐渐渗入纺织、饮料、化妆品、食品和生活用品等各行各业。在染料合成过程中,由于染料处理技术不太成熟,很大一部分染液被排放到环境中。大多数染料分子具有芳香族分子结构,这是一种复杂、高稳定性、难降解的材料。这些有害物质排放到环境中会对生物造成危害。由于染料合成中利用无机盐(主要是氯化钠(NaCl)和硫酸钠(Na2SO4))盐析、漂洗步骤来纯化染料产品,因此不可避免地产生含盐的染料废水。吸附法对废水中大多数污染物具有很好的去除效率,但是,吸附剂难以再生,且再生后吸附性能会下降。而膜分离技术可以有效去除废水中染料。由于其良好的选择性,膜分离技术已越来越多地用于纺织废水处理行业。本文首先通过非溶剂诱导相分离的方法将不同浓度(1~16wt%)的亲水性添加剂聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)混入聚醚砜(PES)膜中。然后,在制备好的膜表面进行聚多巴胺(PDA)改性。通过优化制备条件,制备出经PDA改性的具有最佳亲水性的超滤膜此外,详细对比了不同PVP含量(PES膜)和在其表面修饰PDA(PDA/PES膜)的膜的形貌、结构、表面亲水性、渗透通量、牛血清白蛋白(BSA)截留率、抗污性能和稳定性。发现当PVP含量达到10wt%时,经PDA修饰的膜(PES-10-PDA)的接触角最小,说明膜的亲水性最高。通过BSA溶液的截留实验发现,PES-10-PDA膜的截留率可达到70%以上。此外,PDA的改性显着提高了膜的抗污性能。当PVP含量达到10wt%时,改性膜的通量恢复率达到91.23%。稳定性测试结果表明,PDA/PES膜在一定浓度的酸碱溶液中浸泡15天后,膜的通量基本没有改变。说明PDA改性膜具有良好的化学稳定性。这种简便的制造程序和出色的性能表明,改性膜具有处理污垢的潜力。在上一步基膜的基础上,制备可以有效去除废水中染料的纳滤膜。首先,对基膜进行进一步的改性。将苯乙烯-马来酸酐(SMA)、PES、PVP混合,制备亲水性高的基膜。在PDA对基膜表面改性的基础上,将二氧化钛(TiO2)/聚乙烯亚胺(PEI)共沉积在膜表面,得到具有优异的染料/盐分离性能的新型复合膜(TiO2/PEI/PDA-SMA/PES)。用SEM、AFM、FTIR、Zata电位和接触角对制备的膜进行表征。结果表明,当TiO2的添加量为10 g·L-1时,膜的亲水性达到最高。与PES基膜相比,TiO2-2/PEI/PDA-SMA/PES膜(73.2 L·m-2·h-1·bar-1)具有高的水渗透性,高的染料截留率(刚果红,罗丹明B和结晶紫分别为98.6%,92.3%和90.4%)和满意的盐渗透率(分别为Na2SO4,NaCl,Mg2SO4和MgCl2 39.5、36.4、30.6和29.4 L·m-2·h-1·bar-1),膜表面表现出典型的带正电的特征。同时,即使在盐浓度高达60 g·L-的情况下,该膜仍能保持高的染料/盐分离性能(90.08%的染料截留率,17.4 L·m-2·h-1·bar-1的盐溶液渗透率)。此外,TiO2-2/PEI/PDA-SMA/PES膜在30 h的通量测试中显示出高稳定性。此外,还合成了经过N-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺(AAPTS)改性的TiO2纳米颗粒,并将氨化的TiO2纳米颗粒掺入间苯二胺中,然后和偏苯三甲酰氯在PES基膜上进行界面聚合制备聚酰胺薄膜纳米复合材料(TFN)膜。通过ATIR、SEM、AFM和Zeta电位分析测试了不同浓度氨化的TiO2的TFN膜的化学结构、表面形貌、粗糙度以及电极电势。结果表明,与聚酰胺薄膜相比(TFC),含有0.6wt%TFN膜的水通量为78.9L·m-2·h-1·bar-1。同时,该膜具有高的染料截留率(例如,刚果红为95%,活性黑为98%,甲基蓝为97%)和低盐截留率(例如,Na2SO4为16.9%)。甲基蓝/Na2SO4混合物的截留率与染料或盐溶液相似(甲基蓝截留率超过96.0%,Na2SO4截留率低于15%)。此外,膜表现出理想的稳定性,过滤15 h后通量值变化不明显。
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