高性能酸碱复合耐溶剂纳滤膜的制备及性能研究

来源 :辽宁师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiming1155
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耐溶剂纳滤(SRNF)是一种具有无限潜能的绿色、高效、低能耗并且操作简单的膜分离技术。如何开发出一种高性能低成本的SRNF膜已经成为近年来膜分离技术领域的热点课题。借助于酸碱相互作用,酸/碱聚合物共混的概念已经被用于制备燃料电池隔膜、全蒸发膜以及超滤膜等,但很少用于纳滤膜的制备。作为一种膜材料,具有碱性的聚苯并咪唑(PBI)以其独特的耐高温性、化学和热稳定性以及良好的机械稳定性得到了大部分研究者的亲睐。同时,随着膜分离技术的发展,另一种聚合物材料磺化聚醚醚酮(SPEEK)也引起了人们的注意,其以优异的力学性能、耐热性以及耐化学药品性和高亲水性以及离子渗透性等优点,在膜技术领域也有了一席之地。本文通过共混碱性聚合物PBI和酸性聚合物钠型SPEEK,制备酸碱交联复合纳滤膜并将其应用到耐溶剂纳滤过程中。通过研究交联机理、形貌结构以及分离性能,阐明膜的形貌结构与其分离性能的关系。本论文的主要的工作如下:(1)通过相转化法制备出酸碱复合纳滤膜。固定一种聚合物PBI的质量浓度,改变两种聚合物PBI与Na~+-SPEEK的比例分别为12.5/1,10/1,7.5/1,5/1和2.5/1来得到不同形貌结构的酸碱复合纳滤膜,并研究其与分离性能之间的关系。结果表明:随着铸膜液中PBI与Na~+-SPEEK两种聚合物的比例从12.5/1增加到2.5/1,膜的皮层先逐渐变厚再变薄;支撑层的大孔数先减少后增加,膜的分离性能先增大后减小,在7.5/1处达最佳分离效果。(2)设计制备高性能的酸碱复合耐溶剂纳滤膜,提高膜在有机溶剂中的稳定性和分离性能。使用盐酸质子化处理初始的酸碱复合纳滤膜,使两种聚合物之间发生酸碱相互作用产生交联,对交联后的酸碱复合纳滤膜的性能进行研究。结果表明:与初始膜相比,交联的酸碱复合纳滤膜在有机溶剂中的稳定性明显增强且对溶质的截留率提高,溶剂的渗透通量降低。在强极性溶剂DMF中对RB染料的截留率可达95%以上,展现了较高的分离性能以及良好的溶剂稳定性。(3)为了进一步探究制膜的条件,通过固定两种聚合物的比例改变一种聚合物PBI的质量浓度分别为12wt%,15wt%和18wt%对酸碱复合纳滤膜进行形貌调控,探究形貌结构与分离性能之间的关系。同时,对所制得的膜进行交联处理,并探究交联前后膜的分离性能以及溶剂稳定性的变化。结果表明:随着聚合物浓度的增加,膜支撑层大孔数目减少,皮层较为致密,膜的分离性能也逐渐增加。交联后的膜其溶剂稳定性明显提高,分离性能增强。
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