壳聚糖季铵盐高分子复合纳滤膜制备

厂商 ：杭州沃腾膜工程有限公司

浙江 杭州
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商品详细描述
通过季铵化与接枝共聚两种不同的方式对壳聚糖进行改性,获得了两种不同的壳聚糖季铵盐,分别为2-羟基-3-三甲铵基-丙基壳聚糖（HAPC）和壳聚糖-三甲基烯丙基氯化铵接枝共聚物（GCTACC）。以HAPC和GCTACC为活性层的成膜材料,以亲水性不一的聚砜（PSF）超滤膜、聚丙烯腈（PAN）超滤膜为支撑层,以环氧类、二异氰酸酯类等不同类型的有机试剂为交联剂,采用涂敷和交联的方法,制备了11种新型荷正电复合纳滤膜。利用扫描电境（SEM）、原子力显微镜（AFM）对其结构形貌进行观察;利用红外光谱对膜表面交联情况进行分析;此外,还调查了复合膜的渗透特征和一些其它特征。以高氯酸为催化剂和反应介质,使壳聚糖在均相条件下与缩水甘油醚三甲基氯化铵发生季铵化反应,制备2-羟基-3-三甲铵基-丙基壳聚糖（HAPC）。以HAPC为活性层材料,以PAN为支撑层,以具有不同链长结构的环氧氯丙烷（ECH）和丙三醇三缩水甘油醚（GCGCE）环氧类为交联剂制备了两种HAPC/PAN复合纳滤膜。ECH交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为9.25 L·.h-1·m-2·MPa-1;在室温和操作压力为1.0MPa下,其截留分子量为560,膜孔径约为0.74nm,均方粗糙度（RMS）为8.50±1.5（103nm）;电压渗系数为12.0 mv·MPa-1;在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·L-1 MgCl2、CaCl2、KCl、NaCl和Na2SO4溶液的截留率分别为96.6、96.6、56.1、57.5和26.6%,通量分别为7.00、7.30、16.3、15.9、9.86 L·m-2·h-1。GCGCE交联HAPC/PAN复合纳滤膜。该复合膜在室温下纯水渗透系数为16.6 L·h-1·m-2.·MPa-1;在室温和操作压力为1.0MPa下,其截留分子量为800,膜孔径约为0.84nm;均方粗糙度（RMS）为22.3±0.30（103nm）;电压渗系数为4.43mv·MPa-1;在操作压力为1.0MPa,对1000 mg·L-1 MgCl2、CaCl2、MgSO4、KCl和K2SO4溶液的截留率分别为87.9、72.4、25.4、19.1和11.3%,通量分别为12.2、22.9、28.9、29.6和31.8 L·m-2·h-1。发现具有长链结构GCGCE交联HAPC/PAN的复合纳滤膜的截留分子量、纯水渗透系数均要大于具有短链结构ECH交联HAPC/PAN的复合纳滤膜。以HAPC为活性层材料,以PAN为支撑层,以具有不同刚软结构的二异氰酸酯如六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）为交联剂,分别制备了两种HAPC/ PAN复合纳滤膜。HDI交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为17.2 L·. h-1·m-2·MPa-1;在室温和操作压力为1.0MPa下,截留分子量为520,膜孔径约为0.72nm,电压渗系数为6.31 mv·MPa-1;均方粗糙度（RMS）为15.6±0.24（103nm）;在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·L-1 MgCl2、CaCl2、KCl、NaCl和Na2SO4溶液的截留率分别为92.9、93.4、50.3、67.3和19.6%,通量分别为12.3、32.8、31.3、10.4和32.3 L·m-2·h-1;HDI和TDI交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为10.6 L·h-1·.m-2.·MPa-1;在室温和操作压力为1.0 MPa下,截留分子量为560,膜孔径约为0.74nm;电压渗系数为7.73 mv·MPa-1;均方粗糙度（RMS）为12.3±0.52 （103nm）;在操作压力为1.0MPa下,对1000mg·L-1 MgCl2、CaCl2、MgSO4、KCl、NaCl和Na2SO4溶液的截留率分别为96.6、95.6、50.4、61.5、61.5和24.7%,通量分别为12.9、14.7、15.3、14.1、13.2和12.6 L·m-2·h-1。发现以单一具有软性结构的HDI为交联剂制备的纳滤膜具有较强的截留能力和透水能力。以单一具有刚性结构的TDI为交联剂所制备的复合膜较脆、易裂;且制备条件苛刻。以TDI与HDI混合为交联剂所制备的复合膜,有较强的截留能力和适中的透水能力。以HAPC为活性层材料,以PAN超滤膜为支撑层,以己二酸和乙酸酐的混合酸酐为交联剂,制备了另一种HAPC/PAN复合纳滤膜。该膜在室温下纯水渗透系数为6.99 L·.h-1·m-2·MPa-1;在室温和操作压力为1.0 MPa下,截留分子量为560,膜孔径约为0.74nm;电压渗系数为7.73 mv·MPa-1;均方粗糙度（RMS）为7.50±0.31 （103nm）;在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·L-1 MgCl2、NaCl、KCl、MgSO4、K2SO4、Na2SO4和CaCl2溶液的截留率分别为95.8、69.7、65.7、38.1、21.9、27.5和97.2%,通量分别为4.81、7.96、8.88、7.96、8.19、8.27和7.65 L·m-2·h-1。由于交联时引进酯基,复合膜的疏水性增强,该复合膜截留能力较强,但透水性降低。以HAPC为表面活性层,以PSF为支撑层,分别以HDI和ECH为交联剂,制备了两种HAPC/PSF复合纳滤膜。HDI交联HAPC/PSF的复合膜在室温下纯水渗透系数为13.6 L·. h-1·m-2·MPa-1;在室温和操作压力为1.0MPa下,该膜截留分子量为500,膜孔径约为0.71nm;电压渗系数为10.8 mv·MPa-1;均方粗糙度（RMS）为9.63±0.18 （103nm）;在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·L-1 MgCl2、MgSO4、Na2SO4、K2SO4、KCl和NaCl溶液的截留率分别为96.9、58.5、36.5、33.1、76.0和80.9%,通量分别为12.9、11.9、11.6、11.6、13.8和13.9 L·m-2·h-1;ECH交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为12.6 L·.h-1·m-2·MPa-1;在室温和操作压力为1.0MPa下,该膜截留分子量为720,膜孔径约为0.82nm;电压渗系数为34.2 mv·MPa-1;均方粗糙度（RMS）为8.45±0.38 （103nm）,在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·L-1 MgCl2、MgSO4、Na2SO4、K2SO4、KCl和NaCl溶液的截留率分别为96.5、45.0、31.8、22.5、67.1和70.8%,通量分别为15.6、14.1、14.4、13.9、15.5和14.1L·m-2·h-1。以PSF为支撑层, HDI为交联剂所制备的HAPC/PSF复合纳滤膜相对以PAN为支撑层所制备的HAPC/PAN复合纳滤膜,膜的截留性能提高,但透水能力下降;以PSF为支撑层,ECH为交联剂所制备的HAPC/PSF复合纳滤膜相对以PAN为支撑层所制备的HAPC/PAN复合纳滤膜,膜的透水能力增强,但截留性能几乎保持不变。将壳聚糖与三甲基烯丙基氯化铵进行接枝共聚,制备壳聚糖-三甲基烯丙基氯化铵接枝共聚物（GCTACC）。以GCTACC为表面活性层材料,以PAN为支撑层,以ECH为交联剂所制备的GCTACC/PAN复合纳滤膜。该膜在室温下纯水渗透系数为6.30 L·.h-1·m-2·MPa-1;在室温和操作压力为1.0MPa下,其截留分子量仅为490左右,膜孔径约为0.70nm;电压渗系数为11.7mv·MPa-1;均方粗糙度（RMS）为10.2±0.13（103nm）;在操作压力为1.2MPa时,对质量浓度为1000 mg·L-1的MgCl2、CaCl2、MgSO4、、NaCl、Na2SO4溶液的截留率分别为97.6、97.2、89.7、65.0和40.7%;通量分别为6.80、6.12、6.12、5.57和5.51 L·h-1·m-2。由于以具有短链结构的ECH为交联剂,形成交联网络孔径较小,该膜的透水能力较弱,截留分子量小。以GCTACC为表面活性层材料,以PAN为支撑层,以具有刚软结构不同的二异氰酸酯类（HDI和TDI）为交联剂,制备了二异氰酸酯类交联的GCTACC /PAN复合纳滤膜。HDI交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为6.42 L·.h-1·m-2·MPa-1;截留分子量为900左右,膜孔径约为0.87nm;电压渗系数为6.80 mv·MPa-1;均方粗糙度为8.76±0.23（103nm）;在操作压力为1.2MPa下,对2000 mg·L-1 MgCl2、CaCl2、MgSO4、KCl、NaCl和Na2SO4溶液的截留率分别为95.6、95.4、80.8、53.7、66.4和30.7%,通量分别为6.73、6.73、6.12、6.43、7.35和6.73 L·m-2·h-1。TDI交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为14.1 L·.h-1·m-2·MPa-1;截留分子量为930左右,膜孔径约为0.89nm;电压渗系数为6.80 mv·MPa-1;均方粗糙度为7.28±0.07（103nm）;在操作压力为1.2MPa下,对2000mg·L-1 MgCl2、CaCl2、MgSO4、KCl、NaCl和Na2SO4溶液的截留率分别为94.0、91.7、61.9、41.9、57.0和20.1%,通量分别为9.48、10.1、11.3、8.57、8.57和8.57 L·m-2·h-1。具有刚性结构的GCTACC与具有软性分子链结构的HDI交联时相容性较好,交联网络相对致密,膜的孔径较小。复合纳虑膜透水能力较差,截留分子量较小。以GCTACC为表面活性层材料,以PAN为支撑层,己二酸和乙酸酐混合酸酐为交联剂,制备了另一种GCTACC/PAN复合纳滤膜。该膜在室温下纯水渗透系数为7.13 L·.h-1·m-2·MPa-1;截留分子量为900左右,膜孔径约为0.87nm;均方粗糙度为7.70±0.76 （103nm）;在操作压力为1.0MPa下,对1000mg·L-1的MgCl2、MgSO4、Na2SO4、K2SO4、KCl和NaCl溶液截留率分别为90.0、56.0、26.4、14.0、41.3和37.4%,通量分别为6.12、5.90、5.42、5.72、6.12和5.67 L·h-1·m-2。由于交联引进酯基,复合膜的疏水性增强,该复合膜表现出较弱的透水能力。SEM观察显示出该复合膜截面呈层状叠加结构或呈指状分布支撑层上复合了一层较薄的活性层,表面呈现出少量凝胶颗粒或叠加的片状凝胶层。与其它纳滤膜类同,随着料液浓度的增大,膜的截留率下降。随着操作压力的增大,通量呈线性增加;截留率先增大,当操作压力超过某一值时,便趋于稳定或呈现下降的趋势。料液流速对膜性能影响较小。对不同盐溶液的截留顺序为:MgCl2> MgSO4> NaCl >Na2SO4或MgCl2 > NaCl > MgSO4> Na2SO4,复合膜的电压渗系数β为正值,均呈现荷正电纳滤膜的特征。首次提出荷正电纳滤膜去除卤水中钙、镁离子后,加入水氯镁石制备光卤石的新方法,具有节能、操作简单、高效等优点。借助XRD对光卤石样品进行了表征。以废水回用为目的,采用自制的荷正电复合纳滤膜处理褐藻酸钠废水。.结果表明,废水经纳滤处理后,出水的CODcr为21.4mg/L,去除率为93.0%;对Ca2+的去除率为89.0% ,对硬度的去除率为88.3%,能很好实现废水的软化和有机物的去除,出水水质完全可回用于生产工艺。 更多还原
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