【摘 要】
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正渗透(Forward Osmosis,FO)技术是近年来发展起来的新型水处理技术,由于不用外界压力,能耗低且膜污染小,在废水处理、海水淡化、渗透发电、食品浓缩和药物释放等领域有着良好
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正渗透(Forward Osmosis,FO)技术是近年来发展起来的新型水处理技术,由于不用外界压力,能耗低且膜污染小,在废水处理、海水淡化、渗透发电、食品浓缩和药物释放等领域有着良好的应用前景。这种新兴的水处理技术的关键是合适的膜和驱动液,然而由于浓差极化导致膜的水通量较小,驱动液的经济回收困难等问题未圆满解决,限制了它的商业化应用。本文以磺化改性的酚酞侧基聚芳醚酮作为正渗透膜的主要材料,制备了几种正渗透膜,探究了膜的正渗透性能;并制备了碳量子点包覆的磁性颗粒,将其作为驱动溶质,探究了它的驱动性能。主要的研究内容包括以下几个方面:(1)将磺化改性的酚酞侧基聚芳醚酮(SPEK-C)作为主要成膜材料,以聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)为添加剂,N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂配置铸膜液,利用流涎旋涂的方式在玻璃板上制备SPEK-C膜,采用接触角(CA)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱(FT-IR)等对SPEK-C膜进行了表征,并测试了SPEK-C膜的正渗透性能。实验结果表明,当SPEK-C的磺化度为2.14,SPEK-C的含量为14 wt%,PVP的添加量为3 wt%时,制备的SPEK-C膜正渗透性能最好。当原料液和驱动液分别为去离子水和2 mol/L Na Cl溶液,且膜两侧液体流速为250 ml/min时,该SPEK-C膜的水通量达到了31.23L.m-2.h-1,而盐通量为12.32 g.m-2.h-1。(2)以SPEK-C/PVP/NMP为铸膜液,将NMP处理过的尼龙布作为支撑层,采用涂布的方式制备了SPEK-C复合膜,利用CA、SEM、FT-IR等对膜进行了表征,并测试了SPEK-C复合膜的正渗透性能。实验结果表明,以300目尼龙布为支撑层,铸膜液的组成为14 wt%SPEK-C、3 wt%PVP和83 wt%NMP时,制备的正渗透复合膜具有最好的正渗透性能。当原料液和驱动液分别为去离子水和2 mol/L Na Cl溶液,且膜两侧液体流速均为250 ml/min时,该膜的水通量为77.75 L.m-2.h-1,而盐通量为29.57 g.m-2.h-1。(3)以14 wt%SPEK-C,3 wt%丙酮和83 wt%NMP为铸膜液,以300目尼龙布为支撑层,采用涂布的方式制备了SPEK-C基膜,进一步利用界面聚合的方法对基膜进行改性,制备了聚酰胺/SPEK-C正渗透复合膜,采用CA、SEM和AFM等对膜进行了表征,探究了界面聚合时间、驱动液浓度、膜两侧液体流速等对膜的正渗透性能的影响。实验结果表明,界面聚合时间为2 min时制备的聚酰胺/SPEK-C正渗透复合膜的正渗透性能最好。以去离子水为原料液,2 mol/L的Na Cl为驱动液,膜两侧液体流速为250 ml/min时,测得膜的水通量为71.01L.m-2.h-1,而盐通量为8.23 g.m-2.h-1。(4)采用水热法制备了磁性Fe3O4颗粒,利用热解法合成了碳量子点(CDs),并将其负载在磁性Fe3O4颗粒上制备了CDs@Fe3O4磁性颗粒,采用透射电镜(TEM)、纳米粒度仪(Zetasizer)、FT-IR、磁学测量系统对材料进行了表征。利用第二章制备的SPEK-C复合膜对聚乙二醇400(PEG-400)水溶液进行浓缩,探究了原料液浓度、驱动液浓度对正渗透性能的影响,测试了磁性颗粒的重复利用性能。实验结果表明,较低的原料液浓度和较大的驱动液浓度有利于提高SPEK-C复合膜的正渗透性能。以体积分数为2%的PEG-400水溶液为原料液,驱动液为2.0 g/L的CDs@Fe3O4磁性颗粒溶液,膜两侧液体流速为250 ml/min时,SPEK-C复合膜的水通量为58.43 L.m-2.h-1,将磁性颗粒作为驱动溶质重复使用5次后膜的水通量降为55.31 L.m-2.h-1,膜的水通量减小的很少,这说明磁性颗粒具有良好的重复使用性。
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