SiO2/PVDF复合纳滤膜的制备及其去除模型病毒的性能研究
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随着人类社会的不断发展以及全球人口的迅速增长,陆地资源日趋减少,社会环境日益恶化,人们希望通过充分利用水资源来寻求可持续发展。在利用水资源的过程中,面临水环境中病毒污染问题。该污染容易造成各种疾病的传播,危害人体健康。除病毒常用的方法有吸附洗脱法,主要包括聚电解质吸附、氢氧化铝吸附、玻璃粉吸附,这些方法具有污染水质、消耗化学原料、去除率低等缺陷,另一类去除病毒方法包括超速离心、反渗透、电渗析和透析,离心和电渗析等方法适用于去除少量水样中的病毒。由于膜吸附操作简单,设备简单且适用于检测大量水样中的病毒且具有去除率高、易清洗、无化学污染等优点,本文开展了对纳滤膜的制备及对模型病毒去除的研究。本文通过溶胶-凝胶法纳米二氧化硅溶胶凝胶粒子,研究了硅溶胶的稳定性,硅溶胶粒子平均粒径与反应温度、硅烷偶联剂(A-171)、反应时间的关系。研究结果表明:当nA-171:nTEOS=4:6.8时,硅溶胶的稳定性达到最好。SiO2溶胶粒子平均粒径随着反应温度的升高而减小,随着硅烷偶联剂的引入而增大,随着反应时间的延长而增大。反应时间为7小时,反应温度为70℃时制备出硅溶胶粒度为2.53.5nm。采用平均粒度为2.53.5nm硅溶胶,通过浸涂沉淀法制得SiO2/PVDF复合纳滤膜,研究了SiO2/PVDF复合纳滤膜的成膜时间与膜厚的关系,复合纳滤膜表面形貌,成膜热处理后SiO2的比表面积及复合纳滤膜去除模型病毒的应用效果与基膜平均孔径、成膜时间、SiO2粒度和热处理的关系。研究结果表明平均孔径为20nmPVDF基膜,SiO2粒度为3.03.3nm,成膜时间为4min,经热处理(程序升温80℃、100℃、120℃、140℃各2小时)后SiO2/PVDF复合纳滤膜的膜通量和模型病毒A(分子大小为10-20nm)去除率最佳,分别为233.54L/(m2·h)和99.9%且膜性能较稳定。
摘要 | 第5-6页 |
Abstract | 第6-7页 |
第一章 绪论 | 第11-25页 |
1.1 引言 | 第11页 |
1.2 水环境病毒污染的危害 | 第11-16页 |
1.2.1 水环境污染中人类病毒的危害 | 第12-14页 |
1.2.2 水环境中植物病毒的危害 | 第14-15页 |
1.2.3 水环境中浮游病毒的危害 | 第15-16页 |
1.3 水环境中病毒的去除技术 | 第16-21页 |
1.3.1 少量水样中病毒的去除方法 | 第16页 |
1.3.2 大量水样中病毒的去除方法 | 第16-20页 |
1.3.3 二氧化硅 /聚偏氟乙烯复合纳滤膜去除病毒的可行性 | 第20-21页 |
1.4 有机 - 无机复合纳滤膜发展现状 | 第21-23页 |
1.4.1 无机纳滤膜 | 第21-22页 |
1.4.2 复合纳滤膜的制备方法 | 第22-23页 |
1.5 本课题的主要研究内容和研究意义 | 第23-25页 |
第二章 纳米二氧化硅溶胶凝胶粒子的制备与表征 | 第25-36页 |
2.1 实验试剂与仪器 | 第25-26页 |
2.1.1 实验试剂 | 第25页 |
2.1.2 实验设备 | 第25-26页 |
2.2 实验方法和装置 | 第26-27页 |
2.3 二氧化硅溶胶凝胶粒子的性能测试及表征 | 第27-28页 |
2.3.1 粒径的测试 | 第27页 |
2.3.2 稳定性表征 | 第27-28页 |
2.4 实验结果分析 | 第28-35页 |
2.4.1 二氧化硅溶胶凝胶粒子的粒径分析 | 第28-33页 |
2.4.1.1 反应温度对硅溶胶粒径的影响 | 第28-30页 |
2.4.1.2 硅烷偶联剂对硅溶胶粒径的影响 | 第30-31页 |
2.4.1.3 反应时间对硅溶胶粒径的影响 | 第31-33页 |
2.4.2 二氧化硅溶胶凝胶粒子的稳定性分析 | 第33-35页 |
2.5 本章小结 | 第35-36页 |
第三章 SiO_2/PVDF 复合平板薄膜材料的制备与表征 | 第36-45页 |
3.1 实验试剂与仪器 | 第36-37页 |
3.1.1 实验试剂 | 第36页 |
3.1.2 实验设备 | 第36-37页 |
3.2 实验方法和装置 | 第37-38页 |
3.3 纳米二氧化硅/PVDF 复合纳滤膜的表征方法 | 第38-40页 |
3.3.1 SEM 表征 | 第38页 |
3.3.2 EDS 表征 | 第38页 |
3.3.3 比表面积测定 | 第38-40页 |
3.4 实验结果分析 | 第40-43页 |
3.4.1 成膜时间对膜厚的影响 | 第40-41页 |
3.4.2 复合纳滤膜表面形貌的分析 | 第41-42页 |
3.4.3 热处理温度对复合纳滤膜的影响 | 第42-43页 |
3.5 本章小结 | 第43-45页 |
第四章 复合纳滤膜材料除模型病毒效果研究 | 第45-56页 |
4.1 除模型病毒测试 | 第45-46页 |
4.1.1 实验原料 | 第45页 |
4.1.2 实验器材及实验装置 | 第45-46页 |
4.2 实验方法和浊度仪检测原理 | 第46-48页 |
4.2.1 实验方法 | 第46-47页 |
4.2.2 模型病毒去除率检测方法 | 第47-48页 |
4.3 结果与讨论 | 第48-55页 |
4.3.1 基膜对模型病毒去除效果的影响 | 第48-50页 |
4.3.2 成膜时间对模型病毒去除效果的影响 | 第50-51页 |
4.3.3 二氧化硅粒度对模型病毒去除效果的影响 | 第51-52页 |
4.3.4 热处理对模型病毒去除效果的影响 | 第52-55页 |
4.4 本章小节 | 第55-56页 |
结论 | 第56-57页 |
本论文创新点 | 第57-58页 |
参考文献 | 第58-67页 |
攻读硕士期间取得的研究成果 | 第67-68页 |
致谢 | 第68-69页 |
附件 | 第69页 |
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