納濾膜能夠有效截留多價離子和分子量在150 Da以上的小分子有機物,被應(yīng)用于海水和苦咸水脫鹽、廢水處理、食品加工、精細化工等方面。目前,商品化納濾膜以薄膜復(fù)合膜結(jié)構(gòu)形式為主,由聚酰胺分離層和超濾支撐襯底組成。分離層對納濾膜的分離性能起決定性作用,設(shè)計和優(yōu)化分離層的表觀形貌結(jié)構(gòu)及內(nèi)部分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是制備高通量、高選擇性納濾膜的關(guān)鍵。增加有效過濾面積、降低分離層厚度能夠有效增加過濾通量;均一分布的孔徑結(jié)構(gòu)能夠賦予納濾膜更高的選擇性。這些理想分離層結(jié)構(gòu)的構(gòu)建依賴于納米級別和分子級別的調(diào)控,在由界面聚合法制備分離層的過程中,主要涉及到兩相界面位置、分子擴散行為以及聚合反應(yīng)程度的控制等問題,在技術(shù)上具有一定挑戰(zhàn)性。本論文利用可犧牲模板法,可控地構(gòu)建了分離層的褶皺結(jié)構(gòu),增加了納濾膜的有效過濾面積。利用限域界面聚合法,得到了超薄荷正電性聚酰胺分離層。采用具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的聚合物單體,同時結(jié)合界面聚合過程中對單體擴散行為的規(guī)范作用,實現(xiàn)了具有超窄孔徑分布的聚酰胺分離層制備。具體研究工作包括以下三部分:（1）具有褶皺結(jié)構(gòu)的薄膜復(fù)合聚酰胺納濾膜的設(shè)計和構(gòu)建。傳統(tǒng)薄膜復(fù)合納濾膜受限于有限的膜面積以及分離層與襯底之... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．?１傳統(tǒng)薄膜復(fù)合聚酰胺納濾膜的橫截面結(jié)構(gòu)圖丨１０丨??

完整的??聚酰胺薄膜。然而此中間層己經(jīng)將膜的水通量降至２．６?Ｌ?ｎｒ２?ｈ－１?ｂａｆ１，不適用于??納濾膜分離層的進一步構(gòu)建。除此之外，為得到較致密的分離層，需要多次循環(huán)??沉積，水通量也會隨之下降［４３］。??ＰＥＩＰＡＡ?一?ｎ?“叫?＿?“?鉀??ｆ獻?ｉ：丨?：：二－：；．暑，，?：丨？??Ｉ?Ｉ?ｎ??ｚ?⑴＇、?，仰，⑶．、??ｒ?ｒ?ｆ??顧癖纖丨?＇■、？?，??＇弋?！????—－？■？＂（６）????—??圖１．２分子層層組裝法制備聚酰胺分離層示意圖Ｍ??（３）界面聚合法??１９５９年，Ｗｉｔｔｂｅｃｋｅｒ和Ｍｏｒｇａｎ提出了“界面縮聚”方法［４６４７１，他們將胺單??體和酰氯單體分別溶解在互不相容的水、油兩相溶劑中，兩者在兩相界面附近相??遇并通過Ｓｃｈｏｔｔｅｎ－Ｂａｕｍａｎｎ反應(yīng)進行縮合聚合，得到大分子質(zhì)量的聚酸胺。胺與??酰氯的反應(yīng)速率很高，如哌嗪和酰氯的反應(yīng)速率常數(shù)ｋ為１０４－１０５?Ｌ?ｍｏＨ?ｓ？４８］，??所以在界面聚合過程中，完整的聚酰胺膜能夠在幾十秒內(nèi)形成。由于胺分子在有??機溶劑和水兩相中的分配系數(shù)較大，在水／有機相中的平衡濃度比為４００－１，而酰??氯在水中溶解度很小而且易水解，目前普遍認(rèn)為聚合反應(yīng)在有機相中發(fā)生［４７］。胺??單體一旦擴散至有機相就立即與酰氯反應(yīng)，迅速形成初始分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；此時單??體仍然可以擴散穿過疏松的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)與另一種單體進行反應(yīng)，于是聚酰胺網(wǎng)??絡(luò)逐漸致密化、增厚；隨著聚合物網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)度提高，單體擴散受阻，聚合反應(yīng)速??率明顯下降；在反應(yīng)后期，單體與膜表面鏈末端反應(yīng)，緩慢地增加聚酰胺層的厚??

?第１章緒論???Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??Ｃｏｎｅ．??６．????ｉｎ??ＲｅｌｏＵｖｅ?、?＾??ＵｎＨｃ?／Ｔ＊???［???［Ｖ???圖１．?３界面聚合初期單體濃度分布示意圖［４７］??Ａ：水中的胺單體，Ｂ：有機溶劑中的胺單體，Ｃ：有機溶劑中的酰氯，Ｐ：最初形成聚??合物層的位置??界面聚合對兩相溶液中反應(yīng)基團濃度沒有嚴(yán)格的等當(dāng)量要求，當(dāng)胺分子擴散??至有機溶液中，總有足夠的酰氯與之反應(yīng)，而胺分子又源源不斷擴散至有機相與??酰氯封端的聚合物或者新的酰氯反應(yīng)；當(dāng)反應(yīng)區(qū)域中兩種官能團等當(dāng)量時，能夠??形成交聯(lián)度最高的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于胺和酰氯的反應(yīng)非常迅速，整個界面聚合反應(yīng)??是擴散控制的，任何影響反應(yīng)區(qū)域范圍以及區(qū)域內(nèi)官能團含量和比例的因素，都??會影響聚酰胺分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分離層的形貌及厚度。這些因素包括胺和酰氯兩者??的濃度及比例、溶劑種類、添加劑等等［４６］。對于給定體系（單體種類、襯底等），??需要優(yōu)化這些制備條件，才能充分體現(xiàn)出聚合體系的特點和優(yōu)勢，制備出一張理??想的膜。??以界面聚合法制備的薄膜復(fù)合聚酰胺納濾膜及反滲透膜具高通量、高選擇性??的特點，而且制膜成本較低，操作步驟簡單，所以在工業(yè)生產(chǎn)和實驗室制備薄膜??復(fù)合納濾膜的過程中，界面聚合法使用最為普遍。??１．３薄膜復(fù)合納濾膜分離層結(jié)構(gòu)的調(diào)控方法??薄膜復(fù)合納濾膜的分離特性主要由分離層決定，包括分離層材料的化學(xué)性質(zhì)??和結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中化學(xué)性質(zhì)包括材料中的化學(xué)鍵和官能團等，化學(xué)鍵對膜的耐受??性如耐酸性、耐氯性產(chǎn)生影響；特殊的官能團能夠在膜的分離過程中對目標(biāo)物起??到特易性吸附或識別作用，這些都是納濾膜研宄

【參考文獻】：
期刊論文
[1]面向飲用水制備過程的納濾膜分離技術(shù)[J]. 王大新,王曉琳.  膜科學(xué)與技術(shù). 2003(04)



本文編號：3138130