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纳滤膜技术凭借其高通量、高截留和低压力等特点,在染料废水处理方面具有良好的应用前景。但此技术在制备时存在反应过程不可控、界面稳定性不足和操作难度大等问题,限制了纳滤膜性能提高及其规模化应用。基于表面涂覆技术以其操作简便、涂层结构和性能易于调控等特点,为制备高性能纳滤膜提供了研究基础。基于此,本文以具有良好机械稳定性、热稳定性和化学稳定性的PVDF材质为基膜,选用多巴胺、PEI和纳米TiO2三种物质进行涂覆制备纳滤膜。依据多巴胺与PEI的希夫碱反应、PDA/PEI涂层与纳米TiO2的螯合反应、PVDF膜表面与纳米TiO2的配位反应,分别在PVDF膜表面制备出PDA/PEI、PDA/PEI/纳米TiO2和纳米TiO2/PDA/PEI三种纳滤涂层。然后从涂覆时间和涂覆顺序两个方面展开研究不同涂层对制备PVDF纳滤膜的影响。通过探究膜表面化学特性和微观结构表征膜性能,并通过纯水、BSA溶液、PEG溶液和RB5染料溶液过滤实验来探究膜过滤性能变化情况。
本文主要研究结论如下:
(1)采用表面涂覆法将多巴胺和PEI共同涂覆在PVDF超滤膜上,制备具有PDA/PEI纳滤涂层的PVDF纳滤膜。多巴胺与PEI发生的迈克尔加成反应形成更为致密的涂层结构,使膜表面孔径逐渐减小,达到纳滤级别。与PVDF超滤膜相比:当多巴胺和PEI共同涂覆时间为24h时,膜接触角从109°降至65°;处理RB5染料废水时,截留率从10%升至74.2%,可截留大部分染料。随着涂覆时间的增加(6-24h),接触角从80°降至65°,RB5溶液截留率从34.6%升至74.2%;
(2)基于PDA良好的粘附性、纳米TiO2良好的亲水性,在第一步的基础上继续涂覆纳米TiO2,制备出具有PDA/PEI/纳米TiO2纳滤涂层的PVDF纳滤膜。多巴胺和PEI聚合物会通过配位键将纳米TiO2固定在涂层内,使膜表面孔径进一步减小。当涂覆时间为6h时,与(1)相比,膜表面接触角从80°降至53°,PDA/PEI/纳米TiO2涂层使膜表面亲水性进一步提升。在RB5染料废水处理方面,当涂覆时间为6h时,与(1)相比,RB5染料废水截留率从34.6%升至60%。随着涂覆时间的增加(6-24h),膜表面接触角从53°升至72°,RB5染料废水截留率从60%降至18%;
(3)采用两步涂覆法,首先在PVDF超滤膜表面涂覆纳米TiO2,然后共同涂覆多巴胺和PEI,制备出具有纳米TiO2/PDA/PEI纳滤涂层的PVDF纳滤膜。多巴胺和PEI共沉积形成的致密涂层将纳米TiO2固定在膜表面,使膜的过滤性能得到提高。当涂覆时间为6h时,与(2)相比,膜表面接触角从53°降至39°。在染料废水处理方面,当涂覆时间为6h时,与(2)相比,对RB5溶液截留率从60%升至83%。随着涂覆时间的增加(6-24h),膜表面接触角从39%升至52%;RB5染料废水截留率从83%降至45%。
本文主要研究结论如下:
(1)采用表面涂覆法将多巴胺和PEI共同涂覆在PVDF超滤膜上,制备具有PDA/PEI纳滤涂层的PVDF纳滤膜。多巴胺与PEI发生的迈克尔加成反应形成更为致密的涂层结构,使膜表面孔径逐渐减小,达到纳滤级别。与PVDF超滤膜相比:当多巴胺和PEI共同涂覆时间为24h时,膜接触角从109°降至65°;处理RB5染料废水时,截留率从10%升至74.2%,可截留大部分染料。随着涂覆时间的增加(6-24h),接触角从80°降至65°,RB5溶液截留率从34.6%升至74.2%;
(2)基于PDA良好的粘附性、纳米TiO2良好的亲水性,在第一步的基础上继续涂覆纳米TiO2,制备出具有PDA/PEI/纳米TiO2纳滤涂层的PVDF纳滤膜。多巴胺和PEI聚合物会通过配位键将纳米TiO2固定在涂层内,使膜表面孔径进一步减小。当涂覆时间为6h时,与(1)相比,膜表面接触角从80°降至53°,PDA/PEI/纳米TiO2涂层使膜表面亲水性进一步提升。在RB5染料废水处理方面,当涂覆时间为6h时,与(1)相比,RB5染料废水截留率从34.6%升至60%。随着涂覆时间的增加(6-24h),膜表面接触角从53°升至72°,RB5染料废水截留率从60%降至18%;
(3)采用两步涂覆法,首先在PVDF超滤膜表面涂覆纳米TiO2,然后共同涂覆多巴胺和PEI,制备出具有纳米TiO2/PDA/PEI纳滤涂层的PVDF纳滤膜。多巴胺和PEI共沉积形成的致密涂层将纳米TiO2固定在膜表面,使膜的过滤性能得到提高。当涂覆时间为6h时,与(2)相比,膜表面接触角从53°降至39°。在染料废水处理方面,当涂覆时间为6h时,与(2)相比,对RB5溶液截留率从60%升至83%。随着涂覆时间的增加(6-24h),膜表面接触角从39%升至52%;RB5染料废水截留率从83%降至45%。