荷正电tmcpsf复合纳滤膜的制备及表征-preparation and characterization of positively charged tmc psf composite nanofiltration membrane.docx

荷正电TMC/PSF复合纳滤膜的制备及表征摘要纳滤膜是介于超滤和反渗透之间的压力驱动膜，具有选择性截留和操作压力低的特点，在水软化、饮用水净化、废水处理等领域有着广泛的应用。目前商品化的纳滤膜绝大部分是非荷电纳滤膜，因此，荷正电纳滤膜具有广阔的研究前景。壳聚糖作为一种天然高分子材料，其分子结构中含有大量的活性基团，易进行改性研究制备各种壳聚糖衍生物。本文通过季胺化对壳聚糖进行改性，合成带有季胺基团的三甲基壳聚糖。并以此为成膜材料通过涂敷交联法制备一种新型复合纳滤膜，其中以三甲基壳聚糖（TMC）水溶液为膜材料配制铸膜液，以聚砜（PSF）超滤膜为基膜，环氧氯丙烷（ECH）乙醇溶液为交联剂，命名为TMC/PSF复合纳滤膜。本文全面考察了该复合纳滤膜的制备工艺，包括交联温度、铸膜液浓度、交联时间、交联剂浓度等。并通过红外光谱、扫描电镜、原子力显微镜等对该复合纳滤膜进行形貌及结构表征。同时重点考察不同操作条件对该复合纳滤膜的性能影响。结果显示：该纳滤膜的最佳制备条件为交联温度55℃、铸膜液TMC的浓度2.0wt.%、交联时间2.5h、交联剂ECH浓度5.0vt.%、溶剂蒸发时间1h、热烘干时间20min。通过实验测试发现，红外光谱结果显示ECH与TMC发生交联反应，生成醚键；扫描电镜下可清楚发现，PSF超滤支撑层上复合一层超薄活性层，该复合纳滤膜的表面粗糙度约为4nm；0.5MPa下的截留分子量约为1200Da，纯水透过系数为14.09L·h-1·m-2·MPa-1，耐溶剂性及稳定性均十分优良。该复合纳滤膜在0.5MPa，流速40L/h，温度25℃时，对1.0g/L的MgCL2溶液的截留率为95%以上，通量可达40L·m-2·MPa-1。与其他纳滤膜类似，随着操作压力的增大，膜通量呈线性增加，但膜截留率略有下降；随着料液浓度的增大，膜的截留率和通量均下降；当料液流速大于10L/h时，料液流速对膜截留率影响不大，通量略有减少；随着料液温度的升高，膜截留率略有降低，通量呈直线上升；对不同盐溶液的截留顺序为：CaCl2MgCl2NaClMgSO4Na2SO4K2SO4，均复合荷正电复合纳滤膜的特征。I本文首次提出采用三甲基壳聚糖水溶液作为铸膜液通过涂敷交联法制备荷正电复合纳滤膜，该方法极大的缩短了交联时间，最优交联时间仅为2.5h，为纳滤膜规模化生产提供了理论依据。关键词：三甲基壳聚糖；环氧氯丙烷；荷正电纳滤膜；交联时间ThepreparationandcharacterizationofanovelpositivelychargedcompositenanofiltrationmembraneAbstractNanofiltration(NF)membraneshaveseparationcharacteristicsintheintermediaterangebetweenultrafiltration(UF)andreverseosmosis(RO)membranes.Asapressure-drivenprocess,NFisgainingincreasingworldwideresearchinterestbecauseofitsadvantagessuchaslowenergyconsumptionsandselectivepermeation.NFprocessisnowextremelyattractiveforwatersoftening,drinkingwaterpurification,aswellaswastewaterreclamation.Chargedmembraneshavebeenpaidmoreandmoreattentionbecausemostofthecommercializationisnon-chargedNFmembranecurrently.Chitosanisanaturalpolymerwithgoodmembrane-formingcharacteristiccontainingplentyofactivegroupssuchashydroxylandamino,whichmakesitrelativelyeasytomodifythispolymer.Inthisresearch,quaternizationisemployedtomodifychitosanwhichmeanstrimethylatedchitosanchloride(TMC).Anovelpositivelychargedcompositenanofiltration(NF)membranehasbeenpreparedbyspincoatingwithtrimethylatedchitosanchlorideas