导电聚砜超滤膜的制备性能研究及应用

论文摘要

膜污染是水处理过程中不可避免的一个问题,这严重限制了膜的性能。因此,非常需要简单有效的膜污染监测方法,以评估在发生损坏或需要更换膜之前的污染情况。本文中,通过在聚砜（PSF）基质中混合导电聚苯胺（PANI）纳米纤维和羧基化多壁碳纳米管（MWCNT）来制备导电共混超滤（UF）膜,并应用于在线污垢监测系统中。首先,本次实验通过氧化还原法和快速混合法制备PANI纳米纤维,并通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、紫外分光光度计（UV-vis）对PANI纳米纤维进行形貌和结构表征。然后,将制备好的PANI纳米纤维通过共混法和浸没相转化制备成PANI/PSF复合膜。通过SEM、水通量、接触角等测试手段分析PANI含量对膜性能的影响。结果显示,PANI/PSF复合膜的水通量、亲水性、机械强度等性能均优于原始PSF膜,并且导电性在一定程度有所提高,这为下一步研究打下了良好的基础。最后,通过控制PANI的含量,探究MWCNT对膜性能的影响。在该研究中,首次将MWCNT和PANI结合到聚合物基质中来增加基于PSF的超滤膜的电导率,部分地充当导电填料并且增加亲水性但也用于增加孔隙率。通过TEM、SEM和FTIR表征PANI和MWCNT以及所制备的膜,还评估了Zeta电位,拉伸强度,断裂伸长率,电导率,纯水通量和BSA截留率。混合膜表现出提高的电导率和水通量（196 L·m-2·h-1）,并且具有比原始PSF膜更高的孔隙率和更大的孔径。此外,我们工作的另外新颖之处在于提供了一种可行的方法,利用线性扫描伏安法（LSV）来监测污染过程中超滤膜体系电阻的变化。连接到电化学工作站的自制错流膜池用于通过线性扫描伏安法测量电阻的变化以用来监测污染过程。探索渗透通量与体系电阻之间的关系和趋势,实现了污染程度的在线监测,为实际应用提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 选题的目的和意义
•   1.2 超滤膜概述
•     1.2.1 超滤膜材料
•     1.2.2 超滤膜制备
•   1.3 聚砜膜材料
•     1.3.1 聚砜简介
•     1.3.2 聚砜超滤膜存在的问题
•     1.3.3 聚砜超滤膜亲水改性方法
•   1.4 聚苯胺相关研究简述
•     1.4.1 聚苯胺结构和特性
•     1.4.2 聚苯胺制备方法概述
•     1.4.3 聚苯胺在分离膜的应用
•   1.5 碳纳米管相关研究简述
•     1.5.1 碳纳米管简介
•     1.5.2 碳纳米管在分离膜的应用
•   1.6 膜污染
•     1.6.1 膜污染简介
•     1.6.2 膜污染监测
•   1.7 本课题研究的主要内容
• 第二章 PANI的制备及表征
•   2.1 实验试剂与设备
•   2.2 PANI纳米纤维的制备
•   2.3 PANI纳米纤维的表征
•     2.3.1 透射电子显微镜表征
•     2.3.2 扫描电子显微镜表征
•     2.3.3 傅立叶红外光谱表征
•     2.3.4 紫外-可见吸收光谱表征
•   2.4 结果与讨论
•     2.4.1 PANI形貌分析
•     2.4.2 PANI红外光谱分析
•     2.4.3 PANI紫外光谱分析
•   2.5 本章小结
• 第三章 PANI/PSF超滤膜的制备及表征
•   3.1 实验材料与设备
•   3.2 PANI/PSF复合膜的制备
•   3.3 PANI/PSF复合膜的表征
•     3.3.1 形貌表征
•     3.3.2 孔隙率和平均孔径测试
•     3.3.3 水通量和BSA截留率测试
•     3.3.4 水接触角测试
•     3.3.5 机械性能测试
•     3.3.6 导电性能测试
•   3.4 结果与讨论
•     3.4.1 形貌分析
•     3.4.2 水通量和截留率分析
•     3.4.3 孔隙率和平均孔径分析
•     3.4.4 亲水性分析
•     3.4.5 机械性能分析
•     3.4.6 导电性能分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 导电超滤膜的制备、表征及污染在线监测应用
•   4.1 实验试剂与设备
•   4.2 MWCNT/PANI/PSF复合膜的制备
•   4.3 MWCNT/PANI/PSF复合膜的表征
•     4.3.1 形貌表征
•     4.3.2 孔隙率和平均孔径表征
•     4.3.3 水通量和BSA截留率表征
•     4.3.4 接触角表征
•     4.3.5 机械性能表征
•     4.3.6 Zeta电位表征
•     4.3.7 导电性能表征
•     4.3.8 膜污染监测表征
•   4.4 结果与讨论
•     4.4.1 PANI和MWCNT形貌分析
•     4.4.2 形貌、孔隙和平均孔径分析
•     4.4.3 机械强度分析
•     4.4.4 亲水性分析
•     4.4.5 通量和截留分析
•     4.4.6 Zeta电位分析
•     4.4.7 膜导电性分析
•     4.4.8 膜污染在线监测应用
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁雪爽

导师: 耿宏章,李春刚

关键词: 聚砜,聚苯胺,多壁碳纳米管,导电超滤膜,线性扫描伏安法,污染监测

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 无机化工,有机化工

单位: 天津工业大学

分类号: TQ051.893

总页数: 72

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