基于丹宁酸-Fe(III)络合作用的薄层复合纳滤膜的制备及其性能开题报告

1.1 研究背景

（1）膜分离技术

膜是具有选择性分离功能的材料。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同可将膜分为微滤膜、纳滤膜、超滤膜和反渗透膜，根据材料的不同可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要有陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等。

膜分离法是一种新型的分离技术，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同之处在于膜可以在分子范围内进行分离，并且该过程为物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。与传统的分离技术相比，具有以下特点:膜的选择透过性使膜分离成为一种高效的分离过程;膜分离过程能耗低;过程在常温下进行，操作条件容易掌握，适用于热敏物质;不需要投加药品和添加剂，节省原料;过程中不产生二次污染;分离装置简单，操作维护方便，易于控制，占地面积小，便于与其他工艺结合使用。但同时，膜分离技术也具有相应不足之处。膜容易污染和堵塞，使得膜的使用寿命和操作成本提高;膜的耐用性和持久性问题，如有机膜耐腐蚀能力差，使用寿命短;膜成本较高等，这些都在一定程度上限制了膜技术的广泛应用 ^[1-2]。

（2）纳滤（NF）技术

纳滤膜的孔径在1nm以上，一般1-2nm。是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。它是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，它因能截留物质的大小约为纳米而得名，它截留有机物的分子量大约为150-500左右，截留溶解性盐的能力为2-98%之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。被用于去除地表水的有机物和色度，脱除地下水的硬度，部分去除溶解性盐，浓缩果汁以及分离药品中的有用物质等。

纳滤又称为低压反渗透，是膜分离技术的一种新兴领域，在石化、生化、食品、医药、造纸、印染、纺织等领域已得到广泛应用^[3-4]。其分离性能介于反渗透和超滤之间，纳滤膜能根据离子的大小及电价的高低的不同而对低价离子和高价离子进行分离,因此对无机盐有一定的截留率^[5]。

（3）基于丹宁酸（TA）的薄层复合纳滤膜技术

植物多酚作为一种既具有优良特性又具有经济效益的物质,开始受到人们的重视，植物多酚具有广泛的化学用途和金属螯合特性，是一种很有吸引力的涂层材料。丹宁酸一种是广泛存在于植物中的多元酚类化合物^[6-7]，含有丰富的酚羟基反应基团，具有表面官能团密度高、化学稳定性良好、表面功能化简单易行等特点。丹宁酸分子结构相对疏松﹐相比小分子扩散速度较慢，可以减缓界面聚合的速度，有利于构建疏松的界面聚合分离层﹐将丹宁酸作为纳滤膜表面分离层的构筑单元,可能降低纳滤膜的操作压力,提高膜的渗透性能。丹宁酸中的邻苯二酚或没食子酸基团通过共价键和/或非共价键相互作用与有机/无机/金属表面形成良好的结合。丹宁酸支持的复合纳滤膜制备一般以沉积法、共沉积法为主^[8]。实验研究表明，TA与Fe3 形成的绿色络合物具有着优异性能，为此也被广泛研究于各个领域。

1.2 研究目的和意义

基于TA与Fe3 形成的绿色络合物具有着优异性能，在考虑选材环保经济和可行性的基础上，本课题采用丹宁酸作为制备活性层的材料，采用TA与Fe3 形成的络合物与PAN组装成膜，在创新的基础上着重研究其抗污性能，为污染控制提供新的出路。

2.1 主要研究内容

（1）羧基化聚丙烯腈基膜的制备：制备羧基化聚丙烯腈超滤膜，作为表面组装用基膜， 采用碱水解的方法，用氢氧化钠溶液处理，使膜表面的腈基水解为羧基钠盐，最后使用酸处理的方法将其转化为羧基。

（2）丹宁酸薄层复合纳滤膜的制备：基于 Fe(III)与羧基间的络合作用，调控丹宁酸在基膜表面的组装， 制备高通量、 高选择性薄层复合纳滤膜。 系统的研究了丹宁酸和 Fe3 的用量、 组装时间、 缓冲溶液的 pH 对纳滤膜的表面特性及结构的影响。

（3）复合纳滤膜筛分性能研究：选取二价盐溶液、 一价盐溶液作为主要探索对象， 并对其筛分性能进行研究，揭示复合纳滤膜对盐离子的筛分特性， 并且进行实验优化，并对纳滤膜的抗污染性进行研究。