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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