1、聚砜膜的制备及其在垃圾渗滤液处理中的应用崔韬 【摘要】： 聚砜由于具有优良的渗透性、耐温性、耐溶剂性和较高的机械性能等优点,在微滤、超滤、反渗透、醇/水分离、烯烃/ 烷烃分离、气体分离、血液透析、废水处理等方面得到了广泛的应用。 本文以聚砜(PSF)为膜材料、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂、低分子量的聚乙二醇(PEG)为添加剂,超滤水为凝固液,通过不同质量含量的聚砜(14%、16%、18%)、不同分子量、不同含量的聚乙二醇(600、800、1000),配置不同组成的制膜液,采用浸入沉淀相转化法制备超滤膜。对不同组成和温度条件下制膜液的粘度、膜的厚度和膜的力学性能等物理性能进行了测试与研
2、究。用自制超滤膜装置测定了膜的纯水通量和截留率,用扫描电镜观察膜的表面形态和断面结构,研究了各影响因素对膜结构性能的影响,从而得到本研究范围内最优制膜工艺。结果表明:随着聚砜含量的增大,膜厚度、断裂强度增大; 膜的通量逐渐减小而截留率逐渐增大;不同分子量的聚乙二醇作为添加剂所成膜的性能结构有所不同,同时聚乙二醇的含量也对膜的性能结构有着重要影响,分子量和含量增大,膜的纯水通量增大,但降低了膜的截留性能;两者对膜的结构的影响作用类似,膜的表面没有明显的孔结构。根据正交实验结果分析,得到本实验研究范围内最优聚砜膜的制备配比:聚砜含量 16%,聚乙二醇分子量 800 为添加剂且含量为 10%。 为进
3、一步提高聚砜超滤膜的亲水性能,提高其抗污染性,对实验制备的聚砜膜进行了改性。在不影响膜本身性能的条件下,不加任何光敏剂,以 500ml/L 乙醇溶液为改性剂 ,直接对膜表面进行紫外光辐照,从而改变聚砜膜的表面结构。主要考察了辐照时间对聚砜膜的性能结构的影响,研究了膜辐照前后断裂强度的变化,通过表面接触角测定仪、红外分析仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、改性膜的纯水通量和截留性能等方法来表征膜辐照前后的结构性能变化。研究表明:聚砜膜断裂强度经辐照后强度变小,但是降低幅度不大;在乙醇溶液中紫外辐照后,开始纯水通量提高而截留率降低,但降低幅度不大,时间增加到一定时通量又降低,截留率变化也不大;表面
4、接触角随辐照时间的增长而减小,表明改性后膜表面的亲水性得到明显改善;通过 FTIR 分析证实在聚砜膜表面产生了新的官能团;SEM 实验证实反应只发生在聚砜膜的表面而非膜内部。聚砜膜经光化学改性取得了很好的效果。 研究了用超滤膜去除垃圾渗滤液中的 COD、浊度的性能。实验结果表明 ,超滤膜对 COD 的去除率达 63%,对浊度去除率为 90%以上。选择P=0.06MP 为工作压力 ,并建立了用聚砜超滤膜处理污水的凝胶层模型。超滤膜的凝胶化方程: P/(J_W)=0.1415310(12)V+10.5142910(12)。 本研究为聚砜膜最终成膜工艺优化和膜性能的改进及提高提供参考依据,为聚砜膜在
5、垃圾渗滤液处理应用上提供参考。【关键词】：聚砜 超滤膜 相转化 聚乙二醇 紫外辐照 表面改性 垃圾渗滤液 COD 【学位授予单位】：东华大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：X703【DOI 】：CNKI:CDMD:2.2009.109625【目录】： 摘要 5-7 ABSTRACT7-13 第一章 绪论 13-29 1.1 引言 13 1.2 聚砜膜的研究及应用现状 13-23 1.2.1 聚合物膜的制备方法 13-15 1.2.2 浸入沉淀相转化法制膜 15-16 1.2.3 聚砜膜的改性 16-17 1.2.4 聚砜膜的结构控制 17-20 1.2.5 聚砜类膜材料
6、的介绍 20-22 1.2.6 聚砜类膜的应用 22-23 1.3 超滤膜的性质 23-26 1.3.1 超滤定义 23-24 1.3.2 超滤的分离理论 24-25 1.3.3 超滤膜常用结构形态 25-26 1.4 垃圾渗滤液及处理现状 26-27 1.4.1 垃圾渗滤液特性分析 26 1.4.2 目前垃圾渗滤液的处理方法 26-27 1.4.3 膜技术在垃圾渗滤液处理中的应用 27 1.5 本论文研究意义、内容及方法 27-29 1.5.1 课题研究的背景 27-28 1.5.2 研究内容 28 1.5.3 研究方法 28 1.5.4 研究的意义 28-29 第二章 聚砜超滤膜的制备及性
7、能研究 29-55 2.1 理论基础 29-33 2.1.1 相转化法制膜理论 29-30 2.1.2 膜孔结构的控制 30-33 2.2 实验药品及设备 33-34 2.2.1 实验药品及规格 33 2.2.2 实验主要仪器 33-34 2.3 实验方法 34-37 2.3.1 聚砜超滤膜的制备 34 2.3.2 刮膜底物的选择实验 34-35 2.3.3 膜厚度的测定 35 2.3.4 膜的断裂强度及伸长率的测定 35 2.3.5 粘度的测定 35 2.3.6 膜的纯水通量及截留率的测定 35-37 2.3.7 聚砜膜超微结构的观察 37 2.3.8 操作压力对聚砜膜性能影响测定 37 2
8、.4 结果与讨论 37-51 2.4.1 刮膜底物的选择 37-38 2.4.2 膜厚度的测定分析 38 2.4.3 聚砜含量对膜断裂强度的分析测定 38-40 2.4.4 聚乙二醇(PEG)对制膜液粘度影响 40-41 2.4.5 聚乙二醇(PEG)对膜性能的影响 41-45 2.4.6 不同聚砜浓度与不同分子量 PEG 对膜性能的影响 45-46 2.4.7 聚砜膜结构的微观分析 46-49 2.4.8 操作条件对膜性能的影响 49-51 2.5 制备工艺条件的正交实验分析 51-53 2.5.1 对纯水通量的影响 51-52 2.5.2 对截留率的影响 52-53 2.6 本章小结 53
9、-55 第三章 聚砜超滤膜的表面辐照改性研究 55-71 3.1 前言 55 3.2 理论基础 55-57 3.2.1 紫外光辐照改性原理 55-56 3.2.2 光接枝方法 56-57 3.3 实验药品及设备 57-58 3.3.1 实验药品及规格 57-58 3.3.2 实验主要仪器 58 3.4 实验方法 58-60 3.4.1 聚砜超滤膜的制备 58 3.4.2 紫外光辐射改性聚砜膜的实验步骤 58-59 3.4.3 膜的断裂强度的测定 59 3.4.4 接触角的测定 59 3.4.5 红外吸收谱图测定 59-60 3.4.6 表面形态分析 60 3.4.7 改性后膜的性能测定 60
10、3.5 结果与讨论 60-69 3.5.1 聚砜超滤膜对 UV 敏感性的研究 60-61 3.5.2 紫外辐射时间对膜断裂强度的影响 61-62 3.5.3 改性前后水接触角的变化 62-63 3.5.4 改性对膜纯水通量和截留率的影响 63-66 3.5.5 改性聚砜超滤膜的结构表征 66-69 3.6 本章小结 69-71 第四章 聚砜超滤膜处理垃圾渗滤液的初步应用及性能研究 71-83 4.1 理论基础 71-74 4.1.1 超滤过程 71-72 4.1.2 超滤膜的污染 72-74 4.2 我国渗滤液处理技术现状 74-75 4.2.1 超滤膜用于垃圾渗滤液处理的意义 74-75 4
11、.3 实验药品及设备 75-76 4.3.1 实验药品及规格 75 4.3.2 实验主要仪器 75-76 4.4 实验方法 76-77 4.4.1 聚砜膜制备及其表面改性 76 4.4.2 膜渗透通量 76 4.4.3 溶质的截留率 76 4.4.4 浊度分析 76 4.4.5 水质分析方法 76-77 4.4.6 实验工艺流程及装置 77 4.5 实验结果与讨论 77-81 4.5.1 操作压力对膜渗透通量的影响 77-78 4.5.2 运行时间对渗透通量的影响 78-79 4.5.3 聚砜超滤膜处理垃圾渗滤液效果 79 4.5.4 浓差极化现象分析 79-81 4.5.5 超滤膜的清洗 81 4.6 本章小结 81-83 第五章 研究总结 83-87 参考文献 87-93 攻读硕士学位期间发表论文 93
