利用纳米碳材料强化分离膜性能研究

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聚醚砜(Polyethersulfone,PES)是目前应用最广泛的制膜材料之一,具有优良的热稳定性、机械性和尺寸稳定性等。然而由于PES本身存在较强的疏水性,使得PES膜的抗污染性差,膜的使用寿命大大缩短。纳米碳材料因其具有优异的机械性能和易改性等特点,成为一类改善膜性能的新型材料。本文分别探索了磺化碳纳米管(SO3-CNTs)、氧化石墨烯(GO)共混改性PES膜及对其分离透过性能的影响,并通过在制膜过程中外加直流电场,促进纳米添加剂向膜表面迁移,测试了电场特性对共混膜性能的影响。具体工作如下:利用浸没沉淀相转化法以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为致孔剂制备了PES膜,研究了制膜条件对膜分离透过性能的影响。结果表明,随着PES浓度的增大,膜的纯水通量明显降低,对甲基红染料的分离性能提高;在环境湿度为38%、温度为25℃的条件下,预蒸发时间为1-5 min时,随着时间的增长,膜的纯水通量降低,分离性能明显提高。对CNTs进行磺化改性得到磺化碳纳米管(SO3-CNTs),将其加入铸膜液中利用相转化法制备SO3-CNTs/PES共混膜。研究发现,随着SO3-CNTs浓度的增大,铸膜液粘度增大,膜通量降低;但SO3-CNTs的加入提高了共混膜的亲水性和表面电荷密度,膜的分离性能以及抗污染性能得到改善。施加直流电场能使SO3-CNTs在膜表面附近富集,提高了共混膜表面的亲水性和电荷密度,进一步改善了共混膜的截留性能和抗污染性能,但所制得的共混膜致密层增厚,孔径减小,共混膜纯水通量降低。采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),将其加入铸膜液中制备了GO/PES共混膜。研究发现,GO的加入降低了铸膜液的粘度,提高了共混膜表面的亲水性和电荷密度,膜的纯水通量、分离性能以及抗污染性能都得到改善。在制膜预蒸发过程中施加直流电场制备了共混膜。施加直流电场可使GO在膜表面附近富集,进一步改善了膜表面的亲水性和电荷密度,共混膜纯水通量、截留率以及抗污染能力得到进一步提高。
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