新型钾离子筛复合膜的制备及性能研究
从可持续资源利用角度来看，海水中提取钾盐前景非常远大。目前我国已研制出以天然斜发沸石为离子交换剂的海水提钾技术，展示出良好的应用前景，但是该技术存在周期长、不连续以及设备占地面积大等缺点。钾离子筛膜克服了以上缺点，适于连续分离，因此，研制钾离子筛膜对进一步提高海水提钾技术的市场竞争力有重要意义。
采用水热合成法制备出对钾离子具有特定记忆功能的离子筛，其对海水中钾离子饱和交换容量高达56.96 mg/g。用硅烷偶联剂KH-550对钾离子筛进行表面改性，考察了偶联剂用量和改性时间以及温度对改性效果的影响，并利用XRD、SEM、FT-IR以及热重分析等方法对改性前、后的钾离子筛进行了表征。结果表明，KH-550可以成功地接枝到钾离子筛的表面，接枝率达3.5％；离子筛优化的改性条件为偶联剂用量60％，改性时间5 h，改性温度110℃。
以聚砜(Polysulfone，PS)中空纤维多孔膜为基膜，将硅烷偶联剂改性后的钾离子筛制成悬浮液，采用施加负压的方式先在基膜外表面引入改性钾离子筛，再以哌嗪(Piperazine，PIP)为水相单体，均苯三甲酰氯(Trimesoyl chloride，TMC)为有机相单体，通过油水两相界面聚合反应在基膜外表面形成复合表层，制备出钾离子筛-聚哌嗪酰胺/聚砜中空纤维复合膜。
利用钾离子筛复合膜反应器，测定复合膜对K+/Na+混合溶液的分离因数，系统考察了离子筛用量、哌嗪浓度、均苯三甲酰氯浓度、界面聚合时间、水相pH值、施加负压大小和时间、后处理温度和时间的影响。最佳制膜条件为：离子筛含量0.15％，哌嗪浓度0.5％，酰氯浓度0.15％，界面聚合时间90s，水相pH值为12，施加负压0.05Pa，施加负压时间80s，后处理温度50℃，后处理时间20min。
扫描电子显微镜(SEM)对复合膜测定，结果表明，复合膜表面钾离子筛分散较均匀，部分嵌入基膜表面孔洞，钾离子筛层基本可以将基膜表面及孔洞覆盖住。通过离子选择性交换实验，测定出钾离子筛复合膜在常温下对K+/Ca2+、K+/Mg2+、K+/Na+离子对的分离因数分别为：αK+/Ca2+=60.46，αK+/Mg2+=93.61，αK+/Na+=4.25，表明复合膜对各组溶液中的K+都表现出优先选择性，这说明将钾离子筛与基膜相结合制备钾离子筛复合膜是可行的。
钾离子筛;硅烷改性;复合膜;离子交换
中国海洋大学
硕士
化学工程
袁俊生
2011
中文
TB332;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）