促进传质渗透汽化膜的分子结构调控和脱盐性能研究
发布时间：2025-05-27 04:31
随着人类社会与经济的发展,淡水资源的缺乏已成为全球性的问题。将含盐水进行淡化处理是解决问题的有效办法。膜技术的发展使反渗透(RO)主导了脱盐应用(80%以上),但其过程伴生了大量的浓盐废水,处理难度高、排放则破坏生态环境。近年来最有希望的膜蒸馏(MD)技术,以其通量高、产水水质好得到了广泛的研究,但结果表明膜因污染或盐结晶导致的润湿现象严重,致使脱盐过程不能有效持续进行。与MD工作原理接近的另一种膜技术—渗透汽化(PV)逐步进入人们的视野。与使用疏水多孔材料的MD不同,PV使用亲水性致密膜材料。但通常致密膜的通量较低,这也是这一有潜力的浓水脱盐技术成功应用的最大障碍。本论文以提高PV通量为目标,从以下三个方面展开了研究:1.PV过程中的促进传质机理研究。研究表明,磺化交联剂交联PVA薄膜(S-PVA),可以有效地克服膜结构水中稳定性和水分子传质效率此消彼长(trade-off)的关系;在提高薄膜结构稳定性的同时,提高了水分子的传质效率。这是由于磺酸基团的存在,使得水分子在薄膜内除了菲克(Fick)扩散外,还额外添加了磺酸基对水的促进传质作用。通过一系列的补充实验、分子动力学模拟和模型计算...
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 渗透汽化(PV)脱盐背景介绍
1.1.1 膜蒸馏(MD)与渗透汽化(PV)的比较
1.1.2 渗透汽化(PV)脱盐膜与膜内传质
1.1.3 多孔支撑层对复合膜传质的影响
1.2 促进传质机理
1.2.1 促进传质渗透膜
1.2.2 促进传质过程的数学模型
1.3 分子动力学模拟
1.4 本论文的主要学术思想和研究内容
第二章 渗透汽化膜脱盐过程中聚合物交联与固定载体含量对水的促进传质作用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 致密膜的制备
2.2.3 材料表征方法
2.2.4 渗透汽化实验
2.2.5 S-PVA薄膜在水中的溶胀度和动力学解吸附曲线
2.2.6 促进传质过程分子动力学模拟
2.2.7 促进传质数学模型和S-PVA薄膜内水浓度分布
2.3 结果与讨论
2.3.1 交联反应条件的优化
2.3.2 S-PVA薄膜淋洗试验
2.3.3 S-PVA膜中不溶性SPTA的结构-接枝和交联
2.3.4 分子动力学模拟S-PVA薄膜对水的促进传质作用
2.3.5 水在S-PVA薄膜中的浓度分布
2.3.6 S-PVA薄膜中水的动态解吸附曲线分析
2.4 本章小结
2.5 附录
2.5.1 总有机碳(TOC)和紫外分光光度计(UV)标准曲线
2.5.2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)的分峰拟合
2.5.3 分子动力学模拟
2.5.4 S-PVA薄膜形貌
2.5.5 渗透汽化脱盐实验结果
2.5.6 促进传质过程的理论模型
第三章 计算机辅助设计聚乙烯醇薄膜交联结构
3.1 引言
3.2 分子动力学模拟方法
3.2.1 分子动力学模拟参数
3.2.2 无定型格子、几何优化和动力学模拟方案
3.3 分子动力学模拟结果
3.3.1 PVA和交联剂的溶解度参数(δ)
3.3.2 混合热(ΔH)
3.3.3 径向分布函数(RDFs)
3.4 实验部分
3.4.1 材料和化学品
3.4.2 交联PVA薄膜的制备
3.4.3 材料表征方法
3.5 结果与讨论
3.5.1 酸催化剂的优选
3.5.2 交联/接枝反应
3.5.3 PVA薄膜厚度的测量
3.5.4 交联PVA膜的水中稳定性和交联密度
3.5.5 磺化交联剂中羧基的能动性
3.5.6 PVA薄膜的力学性能
3.5.7 溶胀交联PVA薄膜的力学性能
3.5.8 溶胀PVA致密层的抗压力测试
3.5.9 PVA薄膜内P(AA-AMPS)的含量
3.5.10 交联PVA/P(AA-AMPS)薄膜的FTIR,TGA,WXRD,和TEM分析
3.6 本章小结
第四章 高性能渗透汽化复合膜的制备及其脱盐性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料和化学品
4.2.2 渗透汽化(PV)脱盐测试
4.3 PVA/CPVC渗透汽化脱盐复合膜的制备及其性能
4.3.1 CPVC超滤膜的制备
4.3.2 PVA/CPVC复合膜的制备
4.3.3 交联时间的优化
4.3.4 P(AA-AMPS)含量对水通量的影响
4.3.5 原液温度对PV脱盐性能的影响
4.4 PVA/氧化铝渗透汽化脱盐复合膜的制备及其性能
4.4.1 喷涂法制备PVA/氧化铝复合膜
4.4.2 PVA/氧化铝薄膜的渗透汽化脱盐性能
4.5 PVA/PAN纳米纤维渗透汽化脱盐复合膜的制备及其性能
4.5.1 静电纺丝制备PAN纳米纤维支撑层
4.5.2 制备PVA/PAN纳米纤维复合膜
4.5.3 致密层厚度和原液温度对PV脱盐性能的影响
4.5.4 支撑层阻力对PV脱盐性能的影响
4.5.5 PV和MD脱盐性能比较
4.5.6 PVA/PAN纳米纤维复合膜的长期运行及抗污染性能
4.6 本章小结
4.7 附录
4.7.1 文献中渗透汽化脱盐膜性能汇总
结论
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师简介
作者简介
参考文献
本文编号：4047513
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【学位级别】：博士
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摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 渗透汽化(PV)脱盐背景介绍
1.1.1 膜蒸馏(MD)与渗透汽化(PV)的比较
1.1.2 渗透汽化(PV)脱盐膜与膜内传质
1.1.3 多孔支撑层对复合膜传质的影响
1.2 促进传质机理
1.2.1 促进传质渗透膜
1.2.2 促进传质过程的数学模型
1.3 分子动力学模拟
1.4 本论文的主要学术思想和研究内容
第二章 渗透汽化膜脱盐过程中聚合物交联与固定载体含量对水的促进传质作用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 致密膜的制备
2.2.3 材料表征方法
2.2.4 渗透汽化实验
2.2.5 S-PVA薄膜在水中的溶胀度和动力学解吸附曲线
2.2.6 促进传质过程分子动力学模拟
2.2.7 促进传质数学模型和S-PVA薄膜内水浓度分布
2.3 结果与讨论
2.3.1 交联反应条件的优化
2.3.2 S-PVA薄膜淋洗试验
2.3.3 S-PVA膜中不溶性SPTA的结构-接枝和交联
2.3.4 分子动力学模拟S-PVA薄膜对水的促进传质作用
2.3.5 水在S-PVA薄膜中的浓度分布
2.3.6 S-PVA薄膜中水的动态解吸附曲线分析
2.4 本章小结
2.5 附录
2.5.1 总有机碳(TOC)和紫外分光光度计(UV)标准曲线
2.5.2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)的分峰拟合
2.5.3 分子动力学模拟
2.5.4 S-PVA薄膜形貌
2.5.5 渗透汽化脱盐实验结果
2.5.6 促进传质过程的理论模型
第三章 计算机辅助设计聚乙烯醇薄膜交联结构
3.1 引言
3.2 分子动力学模拟方法
3.2.1 分子动力学模拟参数
3.2.2 无定型格子、几何优化和动力学模拟方案
3.3 分子动力学模拟结果
3.3.1 PVA和交联剂的溶解度参数(δ)
3.3.2 混合热(ΔH)
3.3.3 径向分布函数(RDFs)
3.4 实验部分
3.4.1 材料和化学品
3.4.2 交联PVA薄膜的制备
3.4.3 材料表征方法
3.5 结果与讨论
3.5.1 酸催化剂的优选
3.5.2 交联/接枝反应
3.5.3 PVA薄膜厚度的测量
3.5.4 交联PVA膜的水中稳定性和交联密度
3.5.5 磺化交联剂中羧基的能动性
3.5.6 PVA薄膜的力学性能
3.5.7 溶胀交联PVA薄膜的力学性能
3.5.8 溶胀PVA致密层的抗压力测试
3.5.9 PVA薄膜内P(AA-AMPS)的含量
3.5.10 交联PVA/P(AA-AMPS)薄膜的FTIR,TGA,WXRD,和TEM分析
3.6 本章小结
第四章 高性能渗透汽化复合膜的制备及其脱盐性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料和化学品
4.2.2 渗透汽化(PV)脱盐测试
4.3 PVA/CPVC渗透汽化脱盐复合膜的制备及其性能
4.3.1 CPVC超滤膜的制备
4.3.2 PVA/CPVC复合膜的制备
4.3.3 交联时间的优化
4.3.4 P(AA-AMPS)含量对水通量的影响
4.3.5 原液温度对PV脱盐性能的影响
4.4 PVA/氧化铝渗透汽化脱盐复合膜的制备及其性能
4.4.1 喷涂法制备PVA/氧化铝复合膜
4.4.2 PVA/氧化铝薄膜的渗透汽化脱盐性能
4.5 PVA/PAN纳米纤维渗透汽化脱盐复合膜的制备及其性能
4.5.1 静电纺丝制备PAN纳米纤维支撑层
4.5.2 制备PVA/PAN纳米纤维复合膜
4.5.3 致密层厚度和原液温度对PV脱盐性能的影响
4.5.4 支撑层阻力对PV脱盐性能的影响
4.5.5 PV和MD脱盐性能比较
4.5.6 PVA/PAN纳米纤维复合膜的长期运行及抗污染性能
4.6 本章小结
4.7 附录
4.7.1 文献中渗透汽化脱盐膜性能汇总
结论
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师简介
作者简介
参考文献
本文编号：4047513
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