有机/无机杂化超滤膜的研究与应用开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：

超滤技术：

超滤所能过滤的程度比微滤大很多，但其的过滤程度又要比纳滤小。超滤技术通常是以分离膜表面皮层的致密微孔（一般的认为其有效孔径为5nm-l00nm）为分离介质，将混合溶液中的不同分子量(一般认可通过分子量范围为500-500000)的物质筛分开来达到超滤的目的。超滤膜大部分都是非对称膜,含有皮层和支撑层两种结构,由于皮层的厚度较薄和孔径很小所以可以起到截留的作用,而支撑层有很大的指状孔,通量很大起到支撑和增强的作用"。近年来,超滤技术被广泛地应用在各个领域,在水处理方面尤为突出。

2. 研究内容和预期目标

研究催化还原（scr）催化剂的每年使用情况，对样品处理过程中遇到的问题进行调查，测量样品的孔径，密度等；调查pvdf废料的产生源头、处理中产生的问题、废料的利用率。

研究选择性催化还原（scr）催化剂的组成和性质，通过x射线衍射仪（xrd）分析催化剂的组成、粒径、结晶度，通过红外分析（ftir）来检测样品的官能团，扫描电子显微镜（sem）来分析有哪些元素组成样品。

本实验采用工业上生产的scr催化剂与聚偏氟乙烯（pvdf）作为基体材料进行杂化，把催化剂进行粉碎、表面改性，通过共混法制备杂化超滤膜，与纯pvdf膜进行进行对比，优化膜的工艺参数，提高膜的亲水性和其他性能。

3. 研究的方法与步骤

铸膜步骤：

取一定量的催化剂 (0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 wt %）加入到N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP、2.00 wt%）超声波振荡30min,得到均匀的分散液。将PVDF (17.00wt %）在80℃下干燥24小时，然后加入到上述分散液中，在磁力搅拌器上搅拌10小时以上使其完全溶解，用滤布过滤铸膜液中不溶解杂质，真空脱泡后静置12小时，得到铸膜液。铸膜液中各成份如表所示。

铸膜液的刮膜与浸没过程是在室温下于通风橱中完成，先将铸膜液倒在洁净玻璃板的一边的边缘处，然后用自制的刮膜设备控制铸膜液厚度为200 um进行刮膜,接着在空气中预蒸发一定时间(本实验实验中均取10 s),迅速将玻璃板放入纯水中进行凝固浴，接着新膜会逐渐由玻璃板上脱落。再将新膜在去离子水中浸泡12h以上以去除膜中残留的大量溶剂DMAc和膜结构的添加剂,最终得到聚偏氟乙烯杂化超滤膜。膜存储在去离子水溶液中以避免细菌生长。

表征：

1.红外分析（FTIR）：通过红外测试可以对SCR催化剂粉末状物质或者聚合物进行组成分析，样品采用KBr压片法和成膜法制备，得到400～4000 cm^-1扫描范围内的特征谱图。

2.X射线衍射（XRD）：在衍射角（2θ）为 10°~70°，Cu 靶 Kα射线，波长为 0.15405 nm，石墨单色滤光片，管电压 40kV 条件下测得SNCR催化剂的XRD 图像。

3.扫描电子显微镜（SEM）：采用扫描电子显微镜观察SNCR催化剂粉末，对粉末进行全元素扫描，并且对杂化膜的表面和的微观结构进行分析。

4.渗透性能测试：用膜性能评价仪来测定杂化膜的纯水通量，通过对比来分析杂化膜的亲水性变化。

5.截留性能测试：通过测试腐殖酸截留率来对比杂化膜与纯膜的对污染物的吸附作用。

6.抗污性能测试：反复测试水的通量和腐殖酸的截留率减少量来检测膜的抗污性能。

4. 参考文献

[1]秦潇，董秉直.超滤膜污染与预处理缓解膜污染的研究进展[j].绿色科技，2020(10):81-83.

[2]肖汉.超滤膜技术在环境工程水处理中的研究与进展[j].资源节约与环保，2020(01):81 84.

[3]于跃，武利，王雅峰.pvdf超滤膜亲水性改性研究进展[j].辽宁化工，2020，49(01):51-53.

5. 计划与进度安排

（1）2020-2022-1学期17-20周~2020-2022-2学期第1周~第2周（2022-3-1~2022-3-12），查阅资料，筛选无机粒子及其改性方法，准备开题报告，外文论文翻译；

（2）第3周~第5周（2022-3-15~4-2），无机粒子改性技术路线设计、实验；

（3）第6周~第9周（2022-4-5~4-30），有机-无机杂化超滤膜制备，确定原材料组成、加工工艺参数；超滤膜性能检测与组成结构优化；