多层聚磺酰胺复合膜的制备及其应用研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanglang1
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随着工业的逐渐发展,待分离体系物料成分愈加复杂,物料处理变得更加困难。这对膜分离技术提出了更高的要求与标准,即用于处理物料体系的膜不仅要具备优良的分离选择性能,更要具有良好的物理、化学耐受性(如耐酸碱性、耐溶剂性等)。目前,工业生产中的酸性废水最为常见,普通的商业聚酰胺膜和醋酸纤维素膜由于其耐受性不足而无法处理强酸性物料体系,而其它酸耐受性良好的聚合物(如聚砜等)所制备的膜分离效果差,因此,选择一种既具有良好酸稳定性又具有良好成膜性能的膜材料,是有望实现膜分离技术大规模应用于工业酸性物料处理的关键。本研究采用旋涂多层界面聚合技术制备兼具优异分离性能与良好酸稳定性的聚磺酰胺(PSA)反渗透膜。首先,以合成的l,3,6-萘三磺酰氯(NTSC)与三亚乙基四胺(TETA)为两相反应单体,采用多层界面聚合技术成功地在多孔聚醚砜(PES)底膜上制备了聚磺酰胺反渗透复合膜;并系统研究了单体浓度、界面聚合层数等参数对反渗透复合膜脱盐性能与表面形貌的影响,从而得到最佳的成膜工艺参数;之后用SEM、AFM、ATR-FTIR、Zeta电位、接触角以及椭圆偏振光谱仪等手段分析表征了聚磺酰胺反渗透膜的表面物化性质以及形貌;进而,采用错流实验装置系统测试评价了聚磺酰胺反渗透复合膜对不同盐水溶液的分离性能。最终实验结论证实,最佳成膜参数为:三亚乙基四胺(TETA)单体浓度为0.07 w/v%,三乙胺(TEA)浓度为2 w/v%,l,3,6-萘三磺酰氯(NTSC)单体浓度为0.05 w/v%,每层反应时间为30 s,界面聚合层数为5层,后处理温度为80℃,后处理时间为2 min。此条件下所制备的聚磺酰胺反渗透膜达到了最佳的分离性能:在压力为1 MPa下测试,对2 g/L Mg SO4盐水溶液的截留率与通量分别为98.61%和28.73 L/(m~2·h);而对2 g/LCa Cl2盐水溶液的截留率与通量分别达到99.13%和15.62 L/(m~2·h);聚磺酰胺膜对四种无机盐溶液的分离性能顺序为:RNa2SO4<RNa Cl<RMg SO4<RCa Cl2。而且,实验发现膜厚度与界面聚合层数存在一定的线性关系,聚合层数每增加一层,膜厚度大约增加9nm。其次,本研究还考察了不同胺单体的结构与聚磺酰胺反渗透膜对盐溶液分离性能之间的关系,选取1,4-双(氨基丙基)哌嗪(DAPP)和三-(2-氨基乙基)胺(TAEA)等不同结构的四元胺作为水相单体。结果表明,三亚乙基四胺(TETA)、三-(2-氨基乙基)胺(TAEA)和1,4-二(3-氨基丙基)胺(DAPP)这三种不同结构的四元胺分别和NTSC单体层层界面聚合均能制备出表面光滑且具有超薄膜层的聚磺酰胺复合膜,且均可以通过重复界面聚合过程从而达到很高的分离水平,对Na Cl溶液的截留率都可达到反渗透水平。最后,本课题通过高温浸泡实验测试了聚磺酰胺反渗透膜对高浓度硫酸的耐受性,并且研究了聚磺酰胺复合膜对于实际酸性物料的处理效果。实验表明,在90℃20 w/w%硫酸溶液中经过24 h浸泡后,聚磺酰胺膜的分离性能未有明显下降,表面化学性质与形貌也未有明显变化;而且,聚磺酰胺膜对钛白粉废水中的重金属离子有着优异的脱除效果。
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