【摘 要】
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水通量低仍是限制正渗透(Forward Osmosis,FO)膜分离技术应用的重要问题之一。鉴于此,高水通量FO膜的制备成为FO技术研究的核心。本论文采用支撑层表面孔结构重构法和共溶剂辅助界面聚合两种方法分别对FO膜制备工艺进行优化。论文首先采用表面孔结构重构法对支撑层进行改性,以调控支撑层的孔隙率,进而改善FO膜的水通量。探究了重构剂中溶剂种类(N,N-二甲基甲酰胺(DMF),N,N-二甲基乙酰
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水通量低仍是限制正渗透(Forward Osmosis,FO)膜分离技术应用的重要问题之一。鉴于此,高水通量FO膜的制备成为FO技术研究的核心。本论文采用支撑层表面孔结构重构法和共溶剂辅助界面聚合两种方法分别对FO膜制备工艺进行优化。论文首先采用表面孔结构重构法对支撑层进行改性,以调控支撑层的孔隙率,进而改善FO膜的水通量。探究了重构剂中溶剂种类(N,N-二甲基甲酰胺(DMF),N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),N-甲基吡咯烷酮(NMP))和非溶剂种类(水,乙醇,异丙醇)对FO膜水通量的影响。研究显示,当DMAc为溶剂,水为非溶剂时,制备的FO膜具有较高的水通量。在此基础上,重点研究了重构剂中溶剂与非溶剂的体积比(DMAc/水)以及重构剂与支撑层接触时间对支撑层孔隙率以及FO膜水通量的影响。结果表明,随着DMAc/水体积比的增大或接触时间的增加,支撑层孔隙率以及FO膜水通量均表现出先增后减的规律;且在DMAc/水体积比为30/70,接触时间为3 s时,支撑层孔隙率达到最大,制备的FO膜具有最高的水通量。以1 mol/L Na Cl为汲取液,去离子水为原料液,水通量为20.06 L/(m~2·h),与无改性FO膜相比,提高了50%。通过向有机相中添加共溶剂辅助界面聚合过程,制得具有较薄致密层FO膜,提高了水通量。探究了共溶剂种类和添加量对水通量的影响。结果表明,当选用2 wt%的丙酮、甲酸乙酯、乙酸乙酯分别作为共溶剂添加到有机相中,制得的FO膜水通量分别为未改性膜的1.18,1.22,1.27倍。说明三种溶剂均可作为共溶剂用于FO膜的制备;且乙酸乙酯作为共溶剂时制得的FO膜具有最高的水通量。继而探究了乙酸乙酯作为共溶剂时添加量对水通量的影响。研究表明,随着乙酸乙酯添加量的增加,水通量增加;渗透选择性出现先增后减的规律。当乙酸乙酯的添加量为4 wt%时,制备的FO膜具有较大的水通量和最优的渗透选择性。因此,乙酸乙酯的最佳添加量为4 wt%。以2 mol/L Na Cl为汲取液,去离子水为原料液,改性FO膜的水通量为26.75 L/(m~2·h),是未添加FO膜水通量的1.46倍。
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