新型荷电镶嵌膜制备与表征

荷电镶嵌膜系由一系列规则排列的阴离子和阳离子交换基团所组成，每一基团为其反离子提供从原料液相到渗透液相的连续通道。当电解质通过荷电镶嵌膜时，阴、阳离子分别通过其对应的交换单元。正是由于荷电镶嵌膜可同时传递阳离子和阴离子，膜本身对离子的Donnan排斥基本上可保持在很低的水平。因此，该膜十分有利于电解质的传递；同时，对于不带电的有机物来讲，则很难渗透过膜。这一特征，即能有效传递电解质而截留低分子量的非电解质，正是生化和食品工业有机物的脱盐和净化所理想的。 我们知道，传统的纳滤膜仅仅能透过一价盐，而在化学工业中对于二价盐的选择性传递有时尤为重要。此时，具有理想选择性的荷电镶嵌膜比现有纳滤膜则更具有潜在的工业应用前景。荷电镶嵌膜可用于一价、二价电解质的浓缩及有机原料的脱盐，其膜通量接近于工业纳滤膜的水平。然而，就目前而言，荷电镶嵌膜的制备工艺比较复杂，制备条件也比较苛刻，因此，尚未进入工业化阶段。在膜科学与技术领域，对于新型、高效荷电镶嵌膜制备技术的研究和开发仍是具有挑战性的前沿研究课题。 为此，本文将重点研究通过界面聚合方法，在超滤膜支撑体上复合很薄的选择层，并使其具有荷电镶嵌膜的结构和特征。实验方面，重点研究如何选择和引入阴离子型和阳离子型单体，优化界面聚合条件，以期制备性能优良的荷电镶嵌膜；针对我国染料行业、食品行业的实际情况，采用荷电镶嵌膜对染料纯化、蔗糖脱盐等课题进行深化研究，以期为将来实现荷电镶嵌膜的工业应用而进行必要的前期基础研究。 就高效复合镶嵌膜制备而言，如何将阴离子交换单元和阳离子交换单元引入界面聚合层成为问题的关键所在。为了引入阳离子交换基团，本文采用2,5-二胺基苯磺酸作为界面聚合的无机相单体；为了引入阴离子交换基团，在均苯三甲酰氯有机相单体中加入一定量的4-氯甲基苯酰氯，并考虑在无机相中加入适量的聚乙烯亚胺(PEI)以增加其正荷电性。在界面聚合过程中，分别以正十二烷和水作为有机相和无机相单体的溶剂，以十二烷基硫酸钠(SDS)作为表面活性剂。为了促进界面聚合反应，加入氢氧化钠和碳酸钠作为酸受体。当界面聚合反应完成后，将膜浸入浓度为10％的三甲胺溶液 郑州大学硕士学位论文 中，通过化学修饰将其氯甲基基团转化成阳离子季胺盐基团。 实验确定了较为优良的界面聚合条件。另外，膜性能表征结果显示:随着操作压 力的增加，膜通量及膜对电解质的截留率均趋增加;而随着原料液浓度的增加，通量 和截留率都有所降低;膜对低分子有机物和无机电解质混合体系(如:亚硝基红盐与 NaCI混合体系;蔗糖与NaZSO;混合体系等)的选择性较高，能实现其有效分离。此外， 采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)及压汞仪等现代分析手段，对于荷电镶 嵌膜结构、表面形貌及膜孔尺寸分别进行了系列表征。 在理论研究方面，基于传质理论、Dounan平衡等电化学理论，本文建立了荷电镶 嵌膜对于单盐溶液和混合盐溶液体系的Dolman平衡理论模型: ·分·‘分，‘“’“，‘」‘· 一分·‘分，“”’“‘“· }Z。}C。 (热卢，)“B·(二二，二，长兰一艺扮下一)，一，“，一」，LI) }艺，}C百+I乙牙}C父一1乙牙}L’又 心一吼 12。IC。+12。}C。 (卢」刀，)‘B·(，，一尸士二一二一子‘{卜花丁)“B，‘，‘“，〔2) !Z。}C言+lZ见}C苏一1艺牙IC艾 叮一几 由此模型可定性地预测电解质的截留率关系，或由截留率关系判断膜的正负荷电 性。本文结合实验数据对荷电镶嵌膜的分离性能做出了初步的分析。