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东北石油大学硕士研究生学位论文
Fe基MOFs材料对PSf超滤膜的亲水改性研究
摘要
聚砜(PSf)因其优异的物理化学性能,在超滤膜材料领域中发挥着越来越重要的作
用。然而,由于PSf膜固有的疏水性,废水中含有的有机或无机物质很容易沉积在膜表
面,从而导致膜污染,进一步降低了膜的性能和寿命,限制了PSf膜的应用。研究表明,
对PSf膜进行亲水改性,可在保留疏水膜良好稳定性的同时,在膜表面形成水化层来提
升透水性和对污染物的防污性。因此,对PSf膜进行亲水改性显得尤为重要。
本文通过溶剂热法合成了Fe基MOFs材料(MIL-53(Fe)、MIL-53(Fe、Mn)、
MIL-53(Fe、Al)和NH-MIL-53(Fe、Al)),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜
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(SEM)、傅里叶红外(FT-IR)和热重(TG)对其进行表征分析。采用非溶剂诱导相分
离法(NIPs)制备MIL-53(Fe)/PSf、MIL-53(Fe、Mn)/PSf、MIL-53(Fe、Al)/PSf
以及NH-MIL-53(Fe、Al)/PSf共混膜,通过SEM、静态水接触角测量仪、纯水通量
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以及对牛血清蛋白(BSA)溶液的截留率来评估不同共混膜的结构、亲水性、渗透性能、
截留性能以及抗污染性能。
考察了MIL-53(Fe)的合成条件,合成MIL-53(Fe),将其与PSf共混制膜,探究
了不同MIL-53(Fe)添加量对MIL-53(Fe)/PSf共混膜的结构和性能影响。实验发现,
纯PSf超滤膜的水接触角、纯水通量、BSA截留率以及恢复通量为83.59°、17.56
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L/(m·h·bar)、89.21%和73.68%。当MIL-53(Fe)添加量为0.7wt%时,水接触角降低
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至67.12°,纯水通量提升到65.94L/(m·h·bar),BSA截留率提高到96.12%,恢复通量
也提高至89.11%。结果表明,MIL-53(Fe)的加入,增加了PSf超滤膜亲水性、渗透性
能、截留性能以及抗污染性能。
选取过渡金属Mn元素和第三主族Al元素作为第二种金属源,合成MIL-53(Fe、
Mn)和MIL-53(Fe、Al)双金属有机框架材料(BMOFs),探究了BMOFs的最佳金属
摩尔配比。采用NIPs制备BMOFs/PSf共混膜,与MIL-53(Fe)/PSf共混膜相比,MIL-
53(Fe、Mn)添加量为1.6wt%时,MIL-53(Fe、Mn)/PSf共混膜的水接触角降低到
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60.42°,纯水通量提升至113.59L/(m·h·bar),恢复通量提高到90.20%。MIL-53(Fe、
Al)添加量为0.3wt%时,MIL-53(Fe、Al)/PSf共混膜的水接触角降低为54.78°,水
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通量提升到179.15L/(m·h·bar),恢复通量提高到90.04%。实验结果表明,MIL-53(Fe、
Mn)和MIL-53(Fe、Al)的添加,进一步提升了PSf超滤膜的亲水性、渗透性能和抗
污染性能。
进一步对MIL-53(Fe、Al)进行亲水官能团修饰,合成了NH-MIL-53(Fe、Al),
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制备NH-MIL-53(Fe、Al)/PSf共混膜。实验发现,较MIL-53(Fe、Al)/PSf共混膜
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