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双亲添加剂的制备及其对聚丙烯腈基共聚物复合膜抗污染性能的影响

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摘要

第一章 前言

1.1膜分离技术简介

1.1.1膜分离技术的发展历程

1.1.2膜分离原理及特点

1.1.3分离膜的制备方法

1.1.4超滤膜过程简介

1.2超滤过程中的膜污染

1.2.1膜污染定义

1.2.2膜污染机理

1.2.3膜污染的影响因素

1.3超滤过程中蛋白质污染行为以及抗污染研究

1.3.1超滤过程对于蛋白质的分离

1.3.2超滤过程蛋白质产生的膜污染

1.3.3超滤过程蛋白质污染的改性研究

1.4本课题研究内容、目的及意义

1.4.1本课题的研究内容

1.4.2本课题的研究目的

1.4.3本课题的研究意义

第二章 MCC-C16/P(AN-MA)复合膜的制备与表征

2.1前言

2.2主要实验试剂

2.3实验仪器

2.4实验部分

2.4.1可熔融P(AN-MA)共聚物的制备

2.4.2纤维素(MCC)水溶液的制备

2.4.4 MCC-C16/P(AN-MA)复合膜的制备

2.5主要测试方法

2.5.1傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)

2.5.9原子力显微镜(AFM)

2.5.10力学性能

2.5.13纯水通量测试

2.5.14 BSA溶液通量测试

2.5.15 BSA蛋白静态吸附测试

2.5.16抗污染性能

2.6结果与讨论

2.6.1双亲纤维素的结构和性能

2.6.2 MCC-C16/P(AN-MA)复合膜的表面形貌

2.6.3 MCC-C16/P(AN-MA)复合膜的力学性能

2.6.5 MCC-C16/P(AN-MA)复合膜的亲水性

2.6.6 MCC-C16/P(AN-MA)复合膜的抗污染性能

2.7本章小结

第三章 f-GO/P(AN-MA)复合膜的制备与性能研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1实验试剂

3.2.2 f-GO的制备

3.2.3 f-GO/P(AN-MA)复合膜的制备

3.3测试与表征

3.4结果与讨论

3.4.1 f-GO的结构与性能

3.4.2 f-GO/P(AN-MA)复合膜的表面形貌

3.4.3 f-GO/P(AN-MA)复合膜的断裂拉伸强度

3.4.4 f-GO/P(AN-MA)复合膜的Zeta电位

3.4.5 f-GO/P(AN-MA)复合膜的渗透性能和截留性能

3.4.6 f-GO/P(AN-MA)复合膜的抗污染性能

3.4.7 f-GO/P(AN-MA)复合膜的抗有机物污染性能

3.5本章小结

第四章结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢

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摘要

聚丙烯腈(PAN)基共聚物由于具有良好的热稳定性、耐化学腐蚀性、机械性能、易于商品化等优点,被广泛用作商业化多孔膜材料。商品化的PAN基共聚超滤膜已广泛应用于水处理、蛋白质纯化和食品工业等领域。然而,PAN基共聚物超滤膜由于本身的疏水性容易导致膜污染,降低了膜的使用寿命增加了生产成本。为解决以上问题,本论文制备了纤维素十六烷基酯(MCC-C16)和硅烷偶联剂KH570接枝氧化石墨烯(GO)作为双亲添加剂,提高丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物(P(AN-MA))微孔膜的的亲水性和抗污染性能。 本论文第二章介绍了以纤维素作为骨架接枝十六烷基链,为超亲水骨架引入疏水链段,制备出双亲纤维素MCC-C16。然后以MCC-C16为添加剂、实验室自制的P(AN-MA)为膜基体,浸没沉淀相转化法(NIPS)制备MCC-C16/P(AN-MA)复合膜。分析表征不同含量的MCC-C16对复合膜的结构、渗透性、截留率、孔隙率、机械性能以及抗污染性能的影响。研究发现双亲添加剂MCC-C16引入膜体系后,P(AN-MA)复合膜的渗透性有了明显增加,当MCC-C16的含量达到5wt.%时,纯水通量最高达到459 L/m2 h,BSA分子的截留率最高达到95.2%,通量恢复率可达到86.71%,较P(AN-MA)原膜的纯水通量提高1.6倍、截留率提高了34%、通量恢复率提高了44.46%,同时过滤过程中膜污染率和膜阻力也有明显下降。 论文第三章利用硅烷偶联剂KH570对GO进行接枝改性制备改性氧化石墨烯f-GO,在片层结构中引入长链结构,以达到打开GO片层间距的目的,使其在有机溶液中更易分散;以f-GO为添加剂、实验室自制的P(AN-MA)为基体,采用NIPS法制备f-GO/P(AN-MA)复合膜。分析表征不同含量的f-GO对复合膜的结构、渗透性、截留率、孔隙率、机械性能以及抗污染性能的影响。研究发现当f-GO为含量为0.5 wt.%时,纯水通量达到最大326 L/m2 h;BSA通量达到最大为245 L/m2 h,污染恢复率达到最高值为98.16%,BSA蛋白分子截留率高达99.33%。随着f-GO含量的增加,f-GO/P(AN-MA)复合膜的主要膜污染由不可逆污染转变为可逆污染,相比于P(AN-MA)原膜总污染降低了30%,过滤膜阻力由4.6510-12m-1降至1.5310-12m-1,P(AN-MA)复合膜的抗污染性能有了极大的提升。

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