PAMAM/TMC反渗透复合膜的制备与性能研究

【摘要】由于传统处理技术能耗高,分离效果不佳,膜技术被越来越多地应用于含油废水处理。针对稳定的盐水／油乳状液体系(油滴尺寸<1μm),超滤、纳滤膜难以有效地同时去除油与盐离子,若能制备出耐油污染的反渗透复合膜则既可截留大部分油和盐离子实现水的再利用,又可保持良好的稳定性。本课题通过合成支化的酰胺-胺PAMAM(OG)分子作为水相单体,采用界面聚合法与油相单体均苯三甲酰氯(TMC)发生交联反应,制得PAMAM/TMC反渗透复合膜,利用PAMAM(OG)分子的支化结构和多胺基的性质,改进膜的耐污和分离性能。采用SEM、ATR-FTIR、AFM、接触角等多种方式表征了PAMAM/TMC复合膜的表面形貌、化学组成,研究了结构与性能的关系；考察了该膜对无机盐离子及不同尺寸油滴的水油乳状液的分离性能,并进一步考察了制膜工艺及操作条件对膜性能的影响；最后对PAMAM/TMC复合膜的耐油污染性、耐氯性、耐酸碱性等性质进行了研究,具体研究结果如下：(1)首先采用发散法,以乙二胺和丙烯酸甲酯为原料,通过Michael加成和酰胺化缩合反应,合成了支化酰胺-胺PAMAM(OG)分子,采用红外和MALDI-TOF质谱等表征手段证实产物结构与预期相符合。FreeStanding法制膜实验表明：支化酰胺-胺PAMAM(0G)分子作为水相单体,可以与TMC在界面处交联形成均匀的薄膜,具有良好的界面成膜性。(2)以聚砜超滤膜为底膜,通过界面聚合反应制备了PAMAM/TMC复合膜,该复合膜分离皮层厚度约200nm,表面光滑,粗糙度仅为20nm左右,同时亲水性良好。该膜用于分离四种不同类型的盐水溶液,截留率均达到85%以上。其中对NaCl的截留率为85.3%左右,水通量达到20.81L/(m2·h)。(3)通过优化制膜工艺条件,确定在反应时间为180s、PAMAM(0G)浓度为2.4%(w/v)、TMC浓度为0.1%(w/v)及后处理温度为60℃条件下,PAMAM/TMC复合膜性能较优,对氯化钠的截留率为89.5%左右,水通量达到18.5L/(m2·h)。该复合膜用于盐水-油体系的分离结果表明：对小油滴(300nm左右)的截留率达到99%以上。此外,通过考察操作条件对膜性能的影响发现,操作压力在1.2MPa到2.8MPa范围内,水通量提高一倍左右,从13L/(m2·h)提高到27L/(m2·h)；处理pH为7到9的原料液,膜性能比较稳定,截留率维持89%左右,水通量达到18L/(m2·h)。(4)最后,对PAMAM/TMC复合膜的稳定性进行了考察：分离盐水/油体系时,运行24h后通量仅下降3%,对油与NaCl的截留率分别保持在98%与87%左右：经过2400ppm·h强度的活性氯处理,对NaCl截留率仍在85%以上,表明该复合膜具备良好的耐氯性；酸碱耐受性结果表明,PAMAM/TMC复合膜耐酸性能比耐碱性能更好,经过36h盐酸溶液处理,对NaCl截留率下降到86.5%,水通量从18.3L/(m2·h)提高到20.8L/(m2·h)左右。
【作者】刘鹏；
【导师】张林；
【作者基本信息】浙江大学，生物化工，2014，硕士
【关键词】反渗透复合膜；界面聚合；支化酰胺-胺PAMAM(OG)分子；盐水/油体系；耐污染；

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