聚芳醚基復(fù)合超濾膜的制備及性能研究

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1、聚芳醚基復(fù)合超濾膜的制備及性能研究Ｐｒｅａｒａｔｉｏｎａｎｄｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｏｌａｒｌｅｔｈｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｐｐｙｙｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｓ作者姓名：朱凱專業(yè)名稱：高分子化學(xué)與物理研究方向：高性能聚合物合成、改性及成型加工指導(dǎo)教師：王貴賓教授學(xué)位類別：理學(xué)博士培養(yǎng)單位：化學(xué)學(xué)院論文答辯日期：２０１８年０５月２９日授予學(xué)位日期：年月日論文評(píng)閱人：答辯委員會(huì)組成：姓名職稱工作單位姓名職稱工作單位

2、盲審專家正高級(jí)華南理工大學(xué)主席高連勛研究員長(zhǎng)春應(yīng)化所盲審專家正高級(jí)浙江大學(xué)委員劉志強(qiáng)研宂員長(zhǎng)春應(yīng)化所盲審專家正高級(jí)哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉群教授東北師范大學(xué)姜振華教授吉林大學(xué)關(guān)紹巍教授吉林大學(xué)未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)博士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲

3、明本人鄭重聲明，：所呈交學(xué)位論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研宄做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：曰期：年６月曰（聚芳醚基復(fù)合超濾膜的制備及性能研究中文摘要一隨著工業(yè)廢水和生活污水的排放，潔凈水源的短缺己經(jīng)變成了個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題。和傳統(tǒng)的分離純化技術(shù)相比，膜分離

4、技術(shù)在污水處理和海水淡化方面具有高效、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，。然而，膜分離技術(shù)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)那就是較低的滲透性、嚴(yán)重的膜污染和較高的改性成本。這些缺點(diǎn)主要與膜材料的化學(xué)性質(zhì)和膜結(jié)構(gòu)有關(guān)，。本文以具有優(yōu)良機(jī)械性能和熱性能的聚芳醚砜材料為膜基體以功能化多壁碳納米管一、磺化聚醚醚酮、聚合物納米粒子為親水性添加劑制備了系列復(fù)合超濾膜，有效地改善了超濾膜的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)形貌，從而實(shí)現(xiàn)了膜滲透性和抗污染性的大幅度提高。多壁碳納米管由于具有中空管狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是良好的水傳輸通道，所以

5、經(jīng)常被選做添加劑來(lái)改善膜的滲透性。但是其嚴(yán)重的團(tuán)聚行為使其難以在溶劑里和膜基體里分散均勻。我們首先通過(guò)化學(xué)接枝的手段對(duì)碳納米管進(jìn)行兩性離子功能化，并且將兩性離子碳納米管作為親水添加劑引入膜基體里，有效地提高了膜的體積孔隙率和親水性，從而提高了膜的滲透性和抗污染性０．２ｗｔ％。其中混入了２兩性離子碳納米管的復(fù)合超濾膜展示了最優(yōu)異的性能，包括３０６Ｌ／（ｍｈ）的純水，８５％的通量恢復(fù)率以及９４５通量．％的牛血清蛋白截留率?？紤]到對(duì)碳納米管的兩性離子化改性步驟繁瑣，所以需要尋求

6、更簡(jiǎn)便有效的改性方法。我們選用環(huán)境友好的聚多巴胺和聚乙烯吡咯烷酮對(duì)碳納米管進(jìn)行包覆，制備了親水性、分散性良好的聚合物包覆碳納米管。聚合物包覆碳納米管的引入顯著改善了復(fù)合膜的過(guò)°濾性能．１ｗｔ／。聚乙烯吡咯烷酮，特別是混入了０修飾碳納米管的復(fù)合膜展現(xiàn)了最２２９０Ｌ好的超濾性能，包括／ｍｈ的純水通量、９６．４％的牛血清蛋白截留率和９５％（）的通量恢復(fù)率。為了平衡超濾膜改性中親水性與機(jī)械穩(wěn)定性的平衡問(wèn)題，我們對(duì)商用的聚醚醚酮進(jìn)行磺化，并且合成了含有交聯(lián)官能團(tuán)）（叔胺的聚砜。將磺

7、化一聚醚醚酮與可交聯(lián)聚砜溶液共混，，在鑄膜液中加入適量的交聯(lián)劑制備出了系Ｉ一一列復(fù)合超濾膜。方面磺酸根可以提供膜的高親水性，另方面交聯(lián)基團(tuán)可以維持膜良好的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，同，這樣就制備出了既親水性良好時(shí)機(jī)械性一，能又穩(wěn)定的復(fù)合超濾膜。為了進(jìn)步降低膜材料合成難度，減少生產(chǎn)成本同時(shí)－優(yōu)化性能，我們發(fā)展了更為簡(jiǎn)便的制備復(fù)合膜的方法原位自組裝納米粒子增強(qiáng)復(fù)合膜，在鑄膜液中自組裝成聚合物納米粒。利用兩種帶有相反電荷的聚電解質(zhì)。且能夠適應(yīng)較寬泛的子這種聚合物納米粒子在膜中

8、展現(xiàn)了優(yōu)異的分散性，并°Ｈ范圍（Ｈ＝－８０）ｐｐｌｌｌ）和較高的溫度下（Ｃ。納米粒子的引入大大改善了膜的２綜合性能，最優(yōu)異的復(fù)合膜純水通量達(dá)到了４６０Ｌ／（ｍｈ），更重要的是同時(shí)維持一７了個(gè)較高的牛血清蛋白截留率（９．６％）。這種聚合物納米粒子增強(qiáng)復(fù)合膜相比一步優(yōu)化前無(wú)論在制備方法上還是復(fù)合膜的性能上都得到了進(jìn)，有望大規(guī)模應(yīng)用于水處理上。關(guān)鍵詞：超濾膜，，聚芳醚，抗污染，高滲透性納米材料ＩＩＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎ