单分散球形介孔二氧化硅纳米材料的制备及其在聚酰胺反渗透复合膜中的应用

包孟如

中国海洋大学

摘要：

反渗透技术是实现海水淡化最有效的手段之一，但是目前广泛使用的聚酰胺反渗透复合膜仍然存在能耗大、选择性差、易污染等问题，以致于通过反渗透技术获得淡水的成本仍然较高。
本研究利用介孔二氧化硅材料本身所固有的亲水性好、不易受微生物侵蚀、良好的热、化学和机械稳定性等优点，将其用于制备介孔SiO2-聚酰胺超薄纳米反渗透复合膜，旨在改善传统的聚酰胺反渗透复合膜的综合性能。
采用改性的Stober方法，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，乙醇为共溶剂，正硅酸乙酯(TEOS)为硅源以及氢氧化钠作催化剂在不同条件下制备出不同粒径的单分散球形介孔二氧化硅纳米材料，采用FT-IR、XRD、N2吸附/脱附，SEM和TEM的手段对样品进行表征。实验结果表明：合成的介孔SiO2纳米材料的形貌为球形，粒径大小均匀，并且具有有序的六方相介孔结构和较高的比表面积；在温度为353K时，CTAB的浓度为0.0056mol/L、TEOS的浓度为0.053mol/L、NaOH的浓度为0.014mol/L、乙醇与水的体积比为1:9时制备出的球形介孔SiO2纳米材料的单分散性及其孔道结构的有序性最好。
以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和TEOS为混合硅源，采用共缩聚法制备出单分散球形氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料。实验结果表明：这种方法能够成功地将氨基引入到介孔SiO2颗粒中，当APTES的掺杂量为10％时，既能保持适量氨基官能团的接入，又能保持产物结构的有序性。
将制备的介孑孔SiO2及氨基功能化介孔SiO2球形颗粒通过界面聚合反应制备出单分散球形介孔SiO2-聚酰胺反渗透复合膜。SEM照片表明膜的表面呈“峰谷”结构，掺杂的球形颗粒分散在膜表面，EDS验证了改性后的膜中含有介孔SiO2颗粒和氨基功能化SiO2颗粒；改性后膜的截盐率保持在94％以上，水通量提高了近两倍。

关键词：介孔二氧化硅纳米材料;界面聚合;反渗透技术;聚酰胺反渗透复合膜;制备方法;海水淡化

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：海洋化学

导师姓名：汪锰

学位年度：2012

语种：中文

分类号：TB383;P747.5

页数：72

在线出版日期：2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）