醋酸纤维素中空纤维膜脱盐层的构建及膜脱盐性能研究

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本文以二醋酸纤维素（CA）为成膜聚合物，N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和脂类物质 LA为混合稀释剂，聚乙二醇（PEG400）为成孔添加剂，采用复合热致相分离法（Complex Thermally Induced Phase Separation,c-TIPS）制备了CA平板膜和CA中空纤维膜。研究凝固浴温度和混合稀释剂质量比对CA平板膜结构与性能的影响，同时探究了纺丝工艺如纺丝温度、绕丝速度、气隙长度等对CA中空纤维膜结构与性能的影响。通过热处理、表面交联等后处理手段构建CA膜的脱盐层，探究热处理温度、交联温度、交联时间、醛类物质B溶液的质量分数等对CA膜结构与性能的影响。用扫描电子显微镜观察了CA膜横截面和表面形态，用电子万能试验机测试膜的拉伸强度，并用自制的水通量测试装置测定了CA膜的水通量和脱盐率，得到了本研究范围内最佳的铸膜液配方、纺丝工艺和表面交联工艺。
　　研究结果表明，随着凝固浴温度提高，CA平板膜出现越来越多的指状孔结构，凝固浴温度降低到10℃，可以有效的减少指状孔结构。调节混合稀释剂的质量比，能够控制CA平板膜的孔结构，当NMP/LA的质量比为8:2时，制备出皮层较薄、支撑层为双连续网状孔，膜孔孔径大小呈梯度分布的CA平板膜；进一步优化混合稀释剂的质量比，NMP/LA的质量比为8.2:1.8时，CA平板膜的形貌结构更加完善，CA平板膜的水通量和脱盐率分别为28.27 L/（m2·h）、15.43%，拉伸强度是4.05 MPa。
　　在纺丝工艺中，提高纺丝温度制备的CA中空纤维膜脱盐率有一定的升高趋势，而水通量急剧下降，喷丝头温度为130℃时，CA中空纤维膜横截面形貌结构变差，体系的纺丝稳定性差；气隙长度的增加，CA中空纤维膜指状孔变少，形貌结构越来越完善，膜丝的水通量降低而脱盐率升高；而提高绕丝速度，对CA中空纤维膜的脱盐率影响较小，有助于水通量和拉伸强度的提高；在喷丝头温度100℃、气隙长度为10 cm，绕丝速度100 m/min的工艺条件下，CA中空纤维膜的水通量为15.06 L/(m2·h)，脱盐率为62.34%。
　　为进一步提高CA膜的渗透和脱盐性能，构建CA膜更加致密的脱盐层，采用缩醛化表面交联反应，在交联温度95℃、醛类物质B溶液质量分数12%、交联时间40min的交联工艺条件下，CA平板膜的脱盐率为95.68%，水通量为9.85 L/(m2·h)，而 CA中空纤维膜的脱盐率为83.26%，水通量为6.09 L/(m2·h)，CA中空纤维膜的脱盐性能了较大的提升。

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作者
苏相樵;
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作者单位

贵州大学;

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授予单位贵州大学;
学科材料工程
授予学位硕士
导师姓名秦舒浩;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TQ051.893;
关键词
醋酸纤维素; 中空纤维膜; 复合热致相分离; 膜脱盐性能; 表面交联;

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