DOC《南京林业大学》

第一章 文献综述 -

1 - 1.1 纳滤膜 -

1 - 1.1.1膜技术的概况 -

1 - 1.1.2 纳滤膜的发展史 -

2 - 1.1.3 纳滤膜技术的特点 -

3 - 1.1.4 纳滤技术的基本原理 -

3 - 1.1.5 纳滤膜的制备方法 -

5 - 1.1.6 纳滤技术的应用及发展前景 -

6 - 1.2 PES -

8 - 1.3 本论文研究目的及意义 -

8 -

第二章 实验部分 -

10 - 2.1 原料及试验方法 -

10 - 2.1.1 主要原料及试剂 -

10 - 2.1.2 PES超滤膜的改性 -

10 - 2.1.3 ATR-FTIR分析表征纳滤膜 -

11 - 2.1.4 膜表面接触角的测量 -

11 - 2.2 接枝膜的纳滤性能的评价 -

12 -

第三章 结果与讨论 -

14 - 3.1单独接枝和分步接枝的结果对比分析 -

14 - 3.2荷负电纳滤膜的表征 -

15 - 3.2.1 荷负电纳滤膜的红外表征 -

15 - 3.2.2 荷负电纳滤膜的接触角 -

16 - 3.

3 荷负电纳滤膜的纳滤性能 -

17 - 3.3.1 接枝时间对膜性能的影响 -

17 - 3.3.2 单体浓度对膜性能的影响 -

20 - 3.3.3 操作压力对膜性能的影响 -

22 - 3.3.4 盐溶液浓度对膜性能的影响 -

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第四章 结论 -

25 - 致谢 -

26 - 参考文献 -

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第一章 文献综述 1.1 纳滤膜 1.1.1膜技术的概况 纳滤(Nanofiltration,NF) 是介于超滤(Ultrafiltration,UF)和反渗透(Revere Osmosis,RO)之间的一种新型膜分离技术.由于传统的反渗透分离需要消耗大量的能量,因此操作压力相对较低、同时拥有较大渗透通量的纳滤膜分离技术应运而生. 膜分离技术在20世纪获得了快速的发展,几乎每十年就有一项新的膜分离技术出现.如30年代的微孔过滤;

40年代的透析;

50年代的电渗析;

60年代的反渗透;

70年代的超滤和液膜;

80年代的气体分离、渗透汽化和纳滤.以后还研制出其它的膜分离过程,如膜蒸馏、膜萃取、支撑液膜、生物膜分离等.与此同时,以膜为基础的新型分离过程,以及膜分离与其它分离过程相结合的集成过程 (Integrated Membrane Process)也得到广泛的重视和发展.使膜科学的发展日趋成熟. 目前,世界膜市场以每年14 %~30%的速度递增,它不仅形成了每年约百亿美元的产值,而且有力地促进了社会、经济及科技的发展.特别是在当今世界能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下,膜分离技术在上述领域的应用得到世界各国普遍的重视.欧、美、日等发达国家投巨资进行专项的开发研究,我国从 六五 以来也将膜科学的发展列为重点项目,给予支持【1】. 美国官方的文件认为, 18世纪电器的发展改变了整个工业过程,而20世纪膜技术发展改变了整个工业的面貌 .1987年日本东京召开的国际膜与膜过程会议上,曾将 21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色 列为专题进行深入讨论,与会的专家一致认为,膜技术将是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一.国际学术界一致认为 谁掌握了膜技术,谁就掌握了化工的未来 .可见,发展膜分离技术对于学科建设和经济发展均具有重要而深远的意义. 1.1.2 纳滤膜的发展史 纳滤膜(Nanofiltration membrane),属于分离膜的一种,与反渗透原理基本相同,但是操作压力较反渗透要低许多,故曾有人将纳滤膜称为低压反渗透膜.纳滤技术的核心是纳滤膜材料的研究和开发. 纳滤膜的研究最早可以追溯到20世纪70年代末,美国的J E Cadotte对NS.300膜的研究.对纳滤膜比较清晰的划分最早开始于Filmtec公司将膜孔的尺寸在lnm左右的膜称为纳滤膜.这就将纳滤膜和反渗透膜(膜孔径小于lnm)和超滤膜(膜孔径大于2 μm)清晰的区别出来.不少纳滤膜表面荷负电,对不同电荷和不同价态的离子有不同的Donann电位,纳滤膜的孔径和表面特征决定了其独特的性能.纳滤膜具有特殊的分离性能,截留分子质量范围在200~1000道尔顿之间,其对二价离子的截留率和反渗透相近,对相对分子质量为200~500的有机物及胶体几乎可以全部脱除.纳滤膜设备还有操作压力低,设备能耗低,运行效费比高等优点,是目前国内外膜分离领域研究的热点.纳滤膜主要应用在在饮用水深度处理,苦咸水淡化,医药、食品、生活和工业污水的处理及母液中特殊物质的提取上【2】. 1748年Abbe Nollet通过对动物的膀胱的研究发现了渗透现象,1886年Vant Hof建立了渗透压方程,随后和J W Gibbs一起完善了稀溶液的的完整理论,由此奠定了关于渗透的理论基础.在1748年后的260年间人类逐渐揭示了渗透现象的本质,并且基于此发明了分离膜.1960年Leob和Souri―rajan共同研制成功了非对称的CA反渗透膜,开启了分离膜的新时代, 同时也为纳滤的发展进行了理论储备【3】.1976年北极星研究所J E Cadotte研究的NS.300聚哌嗪酰胺高选择性复合膜被认为是纳滤研究的开端,而直到1984年才由Filmtec公司正式将该技术命名为纳滤,并在此基础上开发出第一种商用纳滤组件,随后纳滤技术迅猛发展, 以NF-40为代表的高性能商业化纳滤膜组件大量出现.我国的纳滤膜研究始于80年代末,目前国内的纳滤膜研究依然处于起步阶段,有少量的商品化纳滤膜组件出现,但是较之国际先进水平有不小的差距. 近年来纳滤膜技术在生物和医药等领域内的广泛应用对膜材料提出了更高的要求,除了要求具有很高的选择性外,而且对蛋白质和胶体等物质有很高的抗污能力.大量的研究表明,亲水性膜有较高的抗污能力.因此,对亲水膜的研究己成为膜分离研究的热点. 1.1.3 纳滤膜技术的特点 纳滤膜的孔径介于反渗透膜和超滤膜之间.其孔径范围在纳米级,纳滤膜通常表面荷负电,对不同电荷和不同价数的离子又具有相应不同的Donann电位.纳滤膜的孔径和表面特征决定了其独特的性能:纳滤膜的分离机理为筛分和溶解扩散并存【4】. 由于纳滤膜具有纳米级的膜孔径、膜上多带电荷等结构特点,因而其应用具有以下特点【5】: (1)截留的相对分子质量(MWCO)在200~1000之间,适宜于分离相对分子质量在200以上的低分子有机物和多价盐,相当于分子尺寸为1nm左右的溶解组分.相比之下,RO能脱除所有的盐和有机物,超滤(UF)对盐和低分子有机物没有截留. (2)操作压力低.反渗透的操作压力很高,一般可达几至几十MPa,而纳滤的操作压力一般低于1.0 MPa,故有 低压反渗透 之称.操作压力低意味着对分离系统的动力设备要求降低,因而设备投资和运转成本都比反渗透低,有显著的经济效益. (3)对不同价态离子的截留效果不同.对单价离子的截留率低,对Ⅱ价和高价离子的截留率高.纳滤膜对阴离子的截留率按下列顺序递增:NO3-, C1-,OH-,SO42-,CO32-.对阳离子的截留率按下列顺序递增:H+,Na+, K+,Mg 2+,Ca2+,Cu2+. (4)对离子的截留受离子的价电荷数和离子半径的影响,在分离同种离子时,离子的价电荷数越高,膜对该离子的截留率越大.如离子的价电荷数相同,则离子半径越大,膜对该离子的截留率越大. 1.1.4 纳滤技术的基本原理 纳滤同超滤和反渗透一样,均以压力差为驱动力,但其传质机理有所不同.超滤膜由于孔径较大,传质过程主要为孔流形式(筛分效应);