电聚合法聚多巴胺复合纳滤膜制备及其处理染料废水研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhufeng19791123
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染料废水具有浊度高、色度大、毒性高的特点,而我国染料废水不仅体量大,而且成分复杂,亟需低能耗高效率的染料废水处理技术。纳滤膜对废水中的染料具有普适性的截留作用,且能耗较低,是染料废水处理的核心技术。近年来,仿生粘合法凭借其基底普适性、操作简易性和功能多样性,逐渐成为了纳滤膜的重要制备方法之一。其机理是多巴胺(Dopamine,DA)经自聚-粘附在多孔膜表面形成在致密的聚多巴胺(Polydopamine,PDA)层。仿生粘合法虽广泛应用,但仍存在包括反应耗时长、DA分子利用率低、PDA层不均匀等技术瓶颈。本研究尝试利用电化学聚合路线代替传统化学沉积路线,以攻克现有技术瓶颈。电化学聚合法缩短了PDA生成时间,提高了DA分子利用率,制备得到均匀的、厚度可控的PDA层。具体内容如下:首先,建立电聚合聚多巴胺-碳纳米管膜(Electropolymerization polydopaminecarbon nanotube,ePDA-CNT)的制备方法。CNT基膜由真空辅助自组装制备,为电聚合提供导电性基础。ePDA经电聚合在CNT膜表面生成,电驱动力的供给方式为循环伏安(Cyclic voltammetry,CV),扫描电位区间为-0.8 V~+1.2 V。CV曲线中包含两个酚羟式-醌式结构转化的完整峰形。研究电聚合参数与ePDA-CNT膜的构效关系,通过CV法扫描圈数调控ePDA-CNT膜的表面形貌、化学结构和亲水性。ePDA-CNT膜亲水性好,在p H=4.00~9.78范围内荷正电。与化学聚合法相比,电化学聚合法反应速率快、制膜时间短;自限性将反应控制在导电基膜表面,DA分子利用率高,ePDA生长均匀性好。其次,在ePDA-CNT膜的基础上对循环电位进行调控,将扫描电位区间设定为-0.5 V~+0.5 V,控制反应过程处于弱氧化弱还原状态,CV曲线中仅出现酚羟式-醌式结构转化的部分峰形,制备得到电位调控聚多巴胺-碳纳米管膜(Potentialregulation polydopamine-carbon nanotube,p PDA-CNT)。扫描电位区间的改变,作用于每次循环中DA的氧化还原反应进程和全局反应速率,实现了对p PDA物理结构和化学组成的调控。p PDA主要沿CNT外壁生长,而ePDA在CNT层中呈蔓延生长,表明p PDA的致密度远高于ePDA;p PDA膜上保留了大量未被完全氧化的酚羟基,导致p PDA-CNT膜的Zeta电位在相同p H下远低于ePDA-CNT膜。最后,采用亚甲基蓝和刚果红两种2种分子量和荷电性不同的染料来测定ePDA-CNT膜和p PDA-CNT膜的渗透通量和截留性能,并评价其在两种染料溶液中的长期运行稳定性,探究其水力冲刷稳定性。制备参数的不同导致两种膜在表面形貌、化学组成和荷电性质的差异,进而影响膜的渗透通量、染料截留性能、长期运行稳定性和水力冲刷稳定性。在道南效应影响下,ePDA-CNT膜更有利于截留阳离子染料、抵抗阳离子染料的污染;p PDA膜更有利于截留阴离子染料、抵抗阴离子染料的污染。而化学组成的差异导致ePDA-CNT膜在快速水力搅拌下更容易出现ePDA剥离。
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