功能化聚合物納米纖維膜制備及其去除水中硼酸的研究.pdf

1、眾所周知，硼元素在自然界中的分布十分廣泛，在海水中的濃度大約為5 ppm。過高的硼濃度對植物和人體都會產(chǎn)生不利的影響，國際衛(wèi)生組織(WHO)將飲用水的濃度規(guī)定為“不超過0.3 ppm”，我國則規(guī)定為“不超過0.5 ppm”。一般而言，反滲透產(chǎn)水的硼濃度約在1 ppm左右，要高于安全濃度。本課題即針對進(jìn)一步去除反滲透海水中超標(biāo)的硼元素使之達(dá)到相關(guān)飲用水標(biāo)準(zhǔn)而開展。反滲透工藝可以去除海水中98％以上的各種其它離子以及去除大約80％硼酸分子，

2、使反滲透產(chǎn)水具有離子強(qiáng)度低、硼酸含量低的特點(diǎn)。鑒于反滲透產(chǎn)水中硼酸濃度偏低，具有超大表面積的納米纖維膜吸附材料更加適用于這種低濃度吸附過程。研究表明利用具有超大比表面積的改性聚合物納米纖維脫硼膜去除反滲透產(chǎn)水中殘留的硼酸分子的效果顯著，在合適的條件下充分可以脫除水中絕大多數(shù)硼酸，并具有良好的再生性能。
　　 本實(shí)驗(yàn)以聚丙烯腈(PAN)為原料，采用靜電紡絲得到了納米纖維膜。在其表面沉積多巴胺后經(jīng)原子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合（ATRP）接

3、枝上聚合的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)。GMA含有環(huán)氧基團(tuán)可以進(jìn)一步開環(huán)聚合。最后，將具有脫硼功能的N-甲基-D-葡萄糖胺（NMDP）通過開環(huán)聚合引入納米纖維膜完成整個脫硼膜的制備。為了解反應(yīng)效果，研究采用ATRP可控接枝改性納米纖維膜，實(shí)驗(yàn)中每一步的反應(yīng)產(chǎn)物都進(jìn)行了紅外、掃描電鏡、動態(tài)接觸角、XPS等測試。在深入了解反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化改性方案，提出了最佳的制膜流程。在27℃的環(huán)境中PAN納米纖維經(jīng)2h沉積多巴胺、3h接枝引發(fā)

4、劑、2h接枝GMA，最后在80℃條件下接枝NMDG28 h后可制得改性納米纖維膜。
　　 實(shí)驗(yàn)以功能化的納米纖維膜為吸附材料，對低濃度硼酸水溶液進(jìn)行吸附測試。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)充分結(jié)合了實(shí)際生產(chǎn)中反滲透產(chǎn)水離子強(qiáng)度極低、水溫基本穩(wěn)定、pn值略偏酸性等特點(diǎn)，重點(diǎn)考察脫硼膜在低硼酸濃度、室溫環(huán)境、酸性pn值條件下的脫硼效果。測試結(jié)果表明，當(dāng)水溶液中硼酸濃度為1 ppm左右時，吸附2h內(nèi)硼酸濃度下降較快，吸附8d后，脫出水溶液中約53％的硼酸。

5、采用每兩小時更換脫硼膜的方法可以在4h內(nèi)脫除水中57％的硼酸，使其濃度降低到0.5 ppm以下，經(jīng)12 h脫附可以脫除水溶液中90％以上的硼酸。在1 ppm濃度條件下，膜的飽和吸附量達(dá)到1.28 mg/g。本課題還對改性納米纖維膜的再生性能作了重點(diǎn)考查。研究了納米纖維膜的可再生性能。通過酸堿交替洗滌再生的膜的脫硼性能與原膜接近。再生一次可以將絡(luò)合于膜上的硼酸脫除90％以上，效果良好。課題還通過研究溫度、pH值對吸附過程的影響，再生過程中