本文關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度PVDF-PET中空纖維膜的制備及親水化改性研究

  更多相關(guān)文章： PET編織管 親水化改性 石英晶體微天平(QCM-D) 膜污染

【摘要】：本論文主要研究?jī)?nèi)容包括:利用課題組研發(fā)的涂覆-浸沒(méi)凝膠相轉(zhuǎn)化中空纖維膜制備裝置,制得高強(qiáng)度PVDF-PET內(nèi)支撐中空纖維膜;量化了內(nèi)支撐中空纖維膜較傳統(tǒng)中空纖維膜在PVDF耗量、有效過(guò)濾面積和強(qiáng)度方面的優(yōu)勢(shì);討論了PVDF濃度對(duì)涂覆效果和膜性能的影響;以無(wú)機(jī)TiO_2為親水化添加劑,評(píng)估了其濃度對(duì)復(fù)合膜純水通量、平均孔徑、孔隙率、抗污染等性能的影響;并考察各改性復(fù)合膜對(duì)高濁度原水及二級(jí)出水中有機(jī)物和濁度的去除效果,確定改性膜中納米TiO_2顆粒的最佳投入比。在此基礎(chǔ)上,將配制的牛血清蛋白(BSA)、腐殖酸(HA)、海藻酸鈉(SA)標(biāo)準(zhǔn)污染液,與城市二級(jí)出水(EfOM)作為模擬污染物進(jìn)行宏觀過(guò)濾實(shí)驗(yàn)。利用連續(xù)記錄實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中通量的變化數(shù)值,進(jìn)而擬合出通量衰減曲線,并測(cè)算出通量衰減率、膜污染率和通量恢復(fù)率。運(yùn)用具備耗散因子功能的石英晶體微天平(QCM-D)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)BSA在不同改性膜表面的吸附行為。將微觀和宏觀兩個(gè)角度相結(jié)合,深入探討了改進(jìn)膜抗污染機(jī)理,為后續(xù)膜污染防治研究提供理論參考。本研究主要結(jié)論如下:(1)首先使用快速編織機(jī)生產(chǎn)得到內(nèi)徑為2.0mm的低彈滌綸纖維絲編織管,并用濃度為5%、溫度為80℃的NaOH水溶液對(duì)編織管進(jìn)行30min預(yù)處理。通過(guò)涂覆-浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法,在鑄膜液和凝膠浴溫度分別為60℃、20℃,鑄膜液體系為PVDF/LiCl/DMAC/TiO_2/PVP的條件下,利用自制的紡絲裝置將鑄膜液涂覆到預(yù)處理后的編織管表面,經(jīng)相轉(zhuǎn)化后生產(chǎn)得到了PVDF-PET高強(qiáng)度改性復(fù)合膜。復(fù)合膜外部涂覆層緊密貼合于內(nèi)部支撐層外表面,復(fù)合膜壁厚為0.5mm左右,涂覆層呈薄而致密的結(jié)構(gòu),其厚度僅占整個(gè)復(fù)合膜壁厚的1/5左右。且因?yàn)榫幙椆茉鰪?qiáng)體的作用,復(fù)合膜具有極高的徑向強(qiáng)度,超出了目前實(shí)驗(yàn)室儀器的測(cè)試范圍(最大值5000cN)。(2)PVDF-PET編織管中空纖維膜在PVDF耗量、過(guò)濾面積和機(jī)械強(qiáng)度上較傳統(tǒng)中空纖維膜具有更大優(yōu)勢(shì)。在得到具有相近純水通量和截留率的中空纖維膜時(shí),較純中空纖維膜,內(nèi)支撐中空纖維膜在膜基材PVDF耗量上節(jié)省約40%;每100g鑄膜液制得的有效過(guò)濾面積,采用外壓過(guò)濾的內(nèi)支撐中空纖維膜大于采用內(nèi)壓過(guò)濾的傳統(tǒng)中空纖維膜;其僅向拉伸強(qiáng)度高于50Mpa,在強(qiáng)度上也遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)中空纖維膜。(3)PVDF濃度對(duì)涂覆層涂覆效果和膜性能影響顯著。當(dāng)PVDF濃度小于8%或大于16%時(shí)涂覆效果很差,當(dāng)其濃度處于8%~16%時(shí),涂覆層均勻光滑。隨著鑄膜液體系中PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)由8%升高至16%,復(fù)合膜純水通量隨之降低,平均孔徑減小,孔隙率先增大后降低,孔隙率在44.31-61.72%之間,獲得的改進(jìn)復(fù)合膜純水通量最高達(dá)1683.78L?m-2?h-1;當(dāng)W(PVDF)=12%時(shí),復(fù)合膜孔隙率達(dá)到最大值61.72%,膜表面平整光滑。(4)將親水化改性劑TiO_2加入到鑄膜液體系中進(jìn)行共混改性,并利用改性后的復(fù)合膜對(duì)自配高濁度原水及城市二級(jí)出水進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)。結(jié)果表明:1)隨著鑄膜液體系中TiO_2濃度增大,溶劑量減小,復(fù)合膜的通量、平均孔徑和孔隙率逐漸降低。當(dāng)W(TiO_2)=1%時(shí),復(fù)合膜通量由476.88L/(m2·h)提升至683.8L/(m2·h),孔隙率及通量最大,截留率最低。當(dāng)W(TiO_2)≥2%時(shí),過(guò)高的TiO_2含量可能造成無(wú)機(jī)納米粒子隨機(jī)堵塞膜孔及粒子團(tuán)聚等缺陷發(fā)生,致使純水通量逐漸減小,截留增大。2)改進(jìn)復(fù)合膜對(duì)自配高濁度原水中的顆粒物具有優(yōu)良的截留效果,膜出水濁度都遠(yuǎn)低于0.1NTU,且對(duì)二級(jí)出水中有機(jī)物UV254具有一定分離效果,去除率在18.2-43.7%范圍內(nèi);當(dāng)鑄膜液體系PVDF/PVP/LiCl/DMAc/TiO_2組分配比為12:6:2:79:1時(shí),復(fù)合膜的膜形貌結(jié)構(gòu)和綜合性能最優(yōu)。(5)由QCM-D檢測(cè)分析可知,在加入BSA污染液后,頻率F立即下降,純PVDF膜吸附量最大,吸附值△m=85.42ng/cm2,而PVDF/TiO_2膜顯示出了較低的吸附量△m=68.67ng/cm2;通過(guò)復(fù)合膜與蛋白質(zhì)(BSA)、腐殖酸(HA)、海藻酸鈉(SA)和城市二級(jí)出水(EfOM)四種污染物的宏觀過(guò)濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:改性后的膜通量衰減率和膜污染率降低,通量恢復(fù)率和抗污染性能均得到一定程度提升;TiO_2含量為1%時(shí)復(fù)合膜通量衰減率最低,通量恢復(fù)率最高,復(fù)合膜整體性能更為優(yōu)異。
【關(guān)鍵詞】：PET編織管 親水化改性 石英晶體微天平(QCM-D) 膜污染
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X703;TQ028.8
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 市政污水處理10-13
• 1.1.1 水資源污染及治理現(xiàn)狀10-12
• 1.1.2 我國(guó)污水處理的發(fā)展12-13
• 1.2 膜分離技術(shù)的概述13-16
• 1.2.1 膜的定義及分類(lèi)14-16
• 1.2.2 膜分離的基本原理16
• 1.3 聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜的研究16-20
• 1.3.1 PVDF中空纖維膜的制備方法17-18
• 1.3.2 PVDF膜的改性研究18-20
• 1.4 高強(qiáng)度中空纖維膜的研究20-23
• 1.4.1 高強(qiáng)度中空纖維膜的研究背景20-21
• 1.4.2 增強(qiáng)型中空纖維膜國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展21-23
• 1.5 膜污染概述23-26
• 1.5.1 膜污染影響因素23-25
• 1.5.2 減緩膜污染與改善膜抗污染性的措施25-26
• 2 課題的提出及研究?jī)?nèi)容26-30
• 2.1 課題來(lái)源26
• 2.2 課題的提出26-27
• 2.3 研究?jī)?nèi)容27-28
• 2.4 課題研究的技術(shù)路線28-30
• 3 高強(qiáng)度中空纖維膜的制備及測(cè)試分析方法30-40
• 3.1 試驗(yàn)儀器和裝置30-31
• 3.2 試驗(yàn)藥品與試劑31
• 3.3 內(nèi)支撐中空纖維復(fù)合膜的制備方法31-33
• 3.4 高強(qiáng)度中空纖維膜性能的測(cè)試方法33-40
• 4 高強(qiáng)度親水化中空纖維復(fù)合膜的制備研究40-54
• 4.1 高強(qiáng)度親水化中空纖維復(fù)合膜的制備40-41
• 4.2 親水化改進(jìn)的高強(qiáng)度中空纖維復(fù)合膜的形貌結(jié)構(gòu)41
• 4.3 PVDF-PET中空纖維膜的優(yōu)勢(shì)41-42
• 4.4 PVDF濃度對(duì)親水化改進(jìn)復(fù)合膜性能的影響42-44
• 4.4.1 PVDF濃度對(duì)親水化改進(jìn)復(fù)合膜表面形貌的影響42-43
• 4.4.2 PVDF濃度對(duì)改性復(fù)合膜純水通量、孔隙率和平均孔徑的影響43-44
• 4.5 TiO_2濃度對(duì)親水化改進(jìn)復(fù)合膜性能的影響44-48
• 4.5.1 TiO_2濃度對(duì)親水化改進(jìn)復(fù)合膜的表面微觀結(jié)構(gòu)的影響45-46
• 4.5.2 TiO_2含量對(duì)復(fù)合膜晶體結(jié)構(gòu)的影響46-47
• 4.5.3 TiO_2含量對(duì)復(fù)合通量、截留、孔隙率與接觸角的影響47-48
• 4.6 親水化改進(jìn)復(fù)合膜的膜性能分析48-53
• 4.6.1 親水化改進(jìn)復(fù)合膜對(duì)濁度的去除效果49-50
• 4.6.2 親水化改進(jìn)復(fù)合膜對(duì)城市污水二級(jí)出水的過(guò)濾分析50-53
• 4.7 本章小結(jié)53-54
• 5 PVDF/TiO_2改性復(fù)合膜的膜污染行為研究54-62
• 5.1 引言54
• 5.2 PVDF/TiO_2改性復(fù)合膜對(duì)典型污染物宏觀抗污染性能的分析54-61
• 5.2.1 PVDF/TiO_2改性膜對(duì)牛血清蛋白（BSA）抗污染性能分析54-56
• 5.2.2 PVDF/TiO_2改性膜對(duì)海藻酸鈉（SA）宏觀抗污染性能分析56-58
• 5.2.3 PVDF/TiO_2改性膜對(duì)腐殖酸（HA）宏觀抗污染性能分析58-59
• 5.2.4 PVDF/TiO_2改性膜對(duì)二級(jí)出水（EfOM）宏觀抗污染性能分析59-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 6 結(jié)論與建議62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 建議63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 附錄70-72
• 致謝72

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本文編號(hào)：586816