醋酸纤维素正渗透膜的制备及其性能研究
正渗透(FO)过程是近些年发展起来的一种新型渗透驱动膜分离过程，它具有低能耗、高分离效果、低膜污染、常温常压下运行等优点，使其在诸多领域中都有很好的应用前景。本文立足于制备高性能的正渗透膜，通过相转化法制备醋酸纤维素(CA)正渗透膜，以聚酯筛网为支撑材料，考察了不同制膜条件对膜结构和性能的影响；探索了不同操作条件对汲取液溶质反向扩散通量的影响；在实验室条件下对制备的CA正渗透膜进行了橙汁浓缩应用研究，并考察了浓缩过程中的膜污染情况。
通过改变CA浓度、环境湿度、凝胶浴温度、热处理温度以及在CA中添加不同比例的三醋酸纤维素(CTA)制备了不同性能的正渗透膜。结果表明，不同聚合物的浓度对膜孔的大小有重要影响，通过比较不同浓度CA，发现CA的浓度越高，正渗透膜的水通量越低，而截留率越高；环境湿度对于CA正渗透膜性能也有一定的影响，膜的水通量随着湿度的增加先增大后降低，因此存在一个最佳湿度，在大约70％湿度下所制的膜性能最佳，水通量达到5.0 Lm-2h-1左右；凝胶浴温度的提高会使通量有一定的降低，在0℃下凝胶，水通量最高，达到了5.3 Lm-2h-1；热处理会使醋酸纤维素膜的结构趋于更为稳定的状态，也会在一定程度上使膜孔收缩，随着热处理温度的升高，水通量逐渐降低，截留率升高；在CA中添加CTA，会改善膜的性能，通过考察CA与CTA配比为1:1、3:1、5:1、7:1以及纯CA的铸膜液所制备的正渗透膜，发现随着CA含量的增加，水通量先升高后降低，而截留率随之升高，最终得到最佳的制膜条件是：CA浓度为10.4％～13.9％(体积分数)，环境湿度为70％下使溶剂挥发30s，凝胶浴温度0～15℃，之后在50～60℃的水浴中进行热处理。此外，在CA中添加CTA，添加比例为3:1时，制得的膜水通量最高。
研究了正渗透过程中的汲取液溶质的反向扩散现象。结果表明：不同的汲取液溶质对膜性能的影响存在着差异性，二价盐作为汲取液溶质时，反向扩散通量较一价盐低；正渗透过程中不同的膜方位对水通量也会产生一定的影响，实验中汲取液朝向膜致密层(PRO模式)时，水通量较高，在8.0 Lm-2h-1左右达到稳定值，反向扩散通量也较小，只有0.4 molm-2h-1；汲取液浓度的大小对水通量的大小和溶质的反向扩散通量有关系密切，随着汲取液浓度的增大，渗透驱动力增大，正渗透水通量由5.0 Lm-2h-1增大到9.2 Lm-2h-1，而反向扩散通量由0.5molm-2h-1增加到1.9 molm-2h-1。
将所制备的醋酸纤维素正渗透应用于橙汁的浓缩研究。结果表明：3 mol/L葡萄糖与2 mol/L NaCl配制的混合液作为汲取液时，通量较大，且最终浓缩所达到的总可溶物较大，浓缩14 h后总可溶物由11.5°Brix上升到40.5°Brix，并且相对于2 mol/L NaCl来说，NaCl的反向扩散通量明显降低；通过比较不同的膜方位，PRO模式产生的浓缩的内浓差极化对水通量的影响要小于汲取液朝向支撑层(FO模式)产生的稀释的内浓差极化，水通量会较高；在浓缩过程中存在较轻的膜污染，清洗之后通量基本恢复，每6 h清洗一次，浓缩25 h后总可溶物可从11.5°Brix达0到48.0°Brix。
醋酸纤维素;相转化法;浓缩橙汁;膜污染;正渗透膜
中国海洋大学
硕士
分析化学
王铎
2012
中文
TB383
71
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）