TiO2改性聚吡咯复合纳滤膜的制备及性能研究

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1、硕士学位论文TiO2改性聚吡咯复合纳滤膜的制备及性能研究FABRICATIONANDPERFORMANCESTUDYOFTiO2MODIFIEDPOLYPYRROLECOMPOSITENANOFILTRATIONMEMBRANE丁善刚哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：614.777密级：公开工程硕士学位论文TiO2改性聚吡咯复合纳滤膜的制备及性能研究硕士研究生：丁善刚导师：邵路教授申请学位：工程硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工学院答辩日期：2015年6月授予学位单

2、位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.2U.D.C:614.777DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFABRICATIONANDPERFORMANCESTUDYOFTiO2MODIFIEDPOLYPYRROLECOMPOSITENANOFILTRATIONMEMBRANECandidate：ShangangDingSupervisor：Prof.LuShaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeci

3、ality：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemicalEngineering&TechnologyDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要受到日益严重的环境污染和能源短缺问题的困扰，人们致力于发展新的技术来解决饮用水安全、水体污染等问题。其中，由于纳滤膜所具有的特殊的孔径尺寸和表面荷电性能，纳滤技术被

4、认为是取代现有技术，解决海水淡化、污水治理等水资源与环境问题的重要途径之一。而耐溶剂纳滤更是扩宽了纳滤技术的应用领域，具有良好的化学性能，高渗透率，优良的排斥反应，机械性能和热稳定性。在食品、化工、染料、医药、石油化工等领域可以得到广泛应用。但是耐溶剂纳滤膜目前仍面临的主要挑战：在较多种类的有机溶剂中使用保持膜的稳定性并且拥有高效的性能。基于此，由于聚吡咯与聚丙烯腈均具有较好的稳定性和耐有机溶剂性能，本论文采用在水解后的聚丙烯腈基膜上界面聚合聚吡咯的方法制备了复合耐溶剂纳滤膜，并添加不同形式的纳米二氧化钛来改善纳滤膜的性能。首先

5、，将不同含量的锐钛矿型纳米二氧化钛（P25）引入到吡咯/乙醇的有机相中，当P25的含量为0.1%时，复合耐溶剂纳滤膜对异丙醇、乙醇、四氢呋喃、丙酮和甲醇的渗透通量达到最大，对孟加拉玫瑰红和亮蓝的截留率也较原膜得到了提高。分析认为由于二氧化钛的加入，吸引和抑制了吡咯单体向氧化剂溶液中的转移，减少了吡咯低聚物的产生；在聚合过程中吸引大分子链段，避免了链段的过分缠绕产生缺陷；二氧化钛允许电子在其与聚吡咯之间转移，促进了聚合反应。这均使得聚合反应更加完全，减少了聚吡咯层的缺陷，从而使得渗透通量和截留性能均得到了提升。然而通过SEM、AF

6、M等表征手段发现，二氧化钛的团聚现象很严重，这影响了二氧化钛作用的发挥，从而使得继续增加二氧化钛的含量时，通量和截留率下降，因此有效的抑制二氧化钛的团聚才会进一步提高复合纳滤膜的性能。尝试了使用偶联剂对二氧化钛进行化学修饰，接枝有机基团的方法。但通过一系列的表征手段得知并没有有效的控制二氧化钛的团聚，而只是改善了其与基膜和聚吡咯的亲和性。因此，创新性的提出在聚合前原位合成二氧化钛的方法。研究了不同钛酸四丁酯水解时间的影响，得到30min水解时间的纳滤膜性能最优，通过SEM测试，可以确定二氧化钛的团聚得到了控制。在此水解时间下，探

7、讨了不同钛酸四丁酯含量的影响。得知当加入量为0.4g时，得到的复合耐溶剂纳滤膜对上述五种有机溶剂的渗透通量较原膜分别提高到5.8、7.0、6.6、6.7、7.9倍，对孟加拉玫瑰红和亮蓝的截留率分别提高到1.05和1.76倍。并对不同的纳滤膜进行了扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、渗透通量、截留率、接触角和长期使用稳定性等I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文一系列的表征。关键词：耐溶剂纳滤；界面聚合；二氧化钛；原位合成II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthefaceofincreasinglyser

8、iousenvironmentalpollutionandenergyshortage,moretechnologiesaredevelopedtosolvetheproblemsofdrinkingwatersafety,waterpollutionandet